Как определить каталитическая реакция или нет: По применению — METTLER TOLEDO

Содержание

КАТАЛИТИЧЕСКИЕ РЕАКЦИИ — это… Что такое КАТАЛИТИЧЕСКИЕ РЕАКЦИИ?

КАТАЛИТИЧЕСКИЕ РЕАКЦИИ
КАТАЛИТИЧЕСКИЕ РЕАКЦИИ КАТАЛИТИ́ЧЕСКИЕ РЕА́КЦИИ (от греч. «katalysis» — разрушение), гомогенные (см. ГОМОГЕННЫЕ РЕАКЦИИ) и гетерогенные (см. ГЕТЕРОГЕННЫЕ РЕАКЦИИ) химические реакции, протекающие с участием катализатора (см. КАТАЛИЗАТОРЫ). В зависимости от положительного или отрицательного каталитического действия скорость основной реакции может увеличиваться и уменьшаться. В каталитических реакциях катализатор вводится в небольших количествах и не расходуется: 2SO2 + O2 ® 2SO3 (катализатор V2O5 ). Если катализатором является один из продуктов реакции, то процесс называется автокаталитическим:MgO + 2HF ® MgF2 + H2O (катализатор H2O).

Энциклопедический словарь. 2009.

  • КАТАЛИЗА ИНСТИТУТ Сибирского отделения РАН
  • КАТАНА

Смотреть что такое «КАТАЛИТИЧЕСКИЕ РЕАКЦИИ» в других словарях:

  • Каталитические реакции — (циклические) К. реакциями называются многочисленные химические превращения, вызываемые в различных химических системах веществами, которые, не подвергаясь сами каким либо постоянным изменениям, одним своим присутствием обусловливают… …   Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона

  • Реакции химические — Химическая реакция превращение одного или нескольких исходных веществ (реагентов) в отличающиеся от них по химическому составу или строению вещества (продукты реакции). В отличие от ядерных реакций, при химических реакциях ядра атомов не меняются …   Википедия

  • Каталитические яды —         контактные яды, вещества, вызывающие «отравление» катализаторов (См. Катализаторы) (обычно гетерогенных), т. е. снижающие их каталитическую активность или полностью прекращающие каталитическое действие. Отравление гетерогенных… …   Большая советская энциклопедия

  • Химические реакции — Химическая реакция  превращение одного или нескольких исходных веществ (реагентов) в отличающиеся от них по химическому составу или строению вещества (продукты реакции). В отличие от ядерных реакций, при химических реакциях ядра атомов не… …   Википедия

  • Сложные реакции —         такие Реакции химические, элементарные акты которых различны. В противоположность С. р. элементарные акты простых реакций не отличаются один от другого природой участвующих в них веществ, а лишь, возможно, направлением превращения, если… …   Большая советская энциклопедия

  • ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫЕ РЕАКЦИИ — (р ции окисления восстановления) происходят с изменением степени окисления атомов, входящих в состав реагирующих в в. При окислении в в степень окисления элементов возрастает, при восстановлении понижается. Первоначально окислением называли… …   Химическая энциклопедия

  • СЛОЖНЫЕ РЕАКЦИИ — Хим. р ция реализуется как совокупность множества дискретных актов хим. превращения, в каждом из к рых участвует лишь одна или небольшое число частиц (молекул, атомов, ионов). Если среди актов р ции имеются химически различающиеся, то р ция наз.… …   Химическая энциклопедия

  • ГАЗОФАЗНЫЕ РЕАКЦИИ — (от газ и греч. «phasis» появление), химические реакции между газообразными веществами, происходящие в результате столкновения частиц. Скорость газофазных реакций зависит от температуры и давления. Часто реализуются как гетерогенно каталитические …   Энциклопедический словарь

  • КАТАЛИЗ — ускорение химических реакций под действием малых количеств веществ (катализаторов), которые сами в ходе реакции не изменяются. Каталитические процессы играют огромную роль в нашей жизни. Биологические катализаторы, называемые ферментами,… …   Энциклопедия Кольера

  • Катализ — (от греч. katálysis разрушение)         изменение скорости химических реакций в присутствии веществ (катализаторов (См. Катализаторы)), вступающих в промежуточное химическое взаимодействие с реагирующими веществами, но восстанавливающих после… …   Большая советская энциклопедия


Каталитические реакции. Катализ

Химические реакции подразделяются на каталитические и некаталитические. Каталитические реакции проводятся в присутствии катализаторов – веществ, которые, не вступая в химическое взаимодействие, способны изменять скорость реакции.

Химическое явление ускорения реакции с помощью катализатора называется положительным катализом или просто катализом. Отрицательным катализом называется явление уменьшения скорости протекания реакции под действием специальных веществ – ингибиторов.

Катализ является не только средством увеличения производительности аппаратуры, но и способом повышения качества получаемых продуктов. Вследствие селективного (избирательного) действия многих катализаторов, которое ускоряет основные реакции и уменьшает скорость параллельных и побочных, продукты каталитического превращения оказываются более чистыми.

Отпадает необходимость в дополнительной очистке и концентрировании продуктов реакции, снижаются непроизводительные затраты сырья. Благодаря этому свойству каталитических реакций процесс более экономически выгоден.

Экономическая эффективность катализа проявляется еще и в том, что благодаря использованию катализаторов процесс, как правило, протекает при более низкой температуре, что уменьшает энергетические затраты.

Каталитические реакции лежат в основе производства серной и азотной кислот, аммиака, водорода, процессов получения полимеров и переработки нефти. Особенно широко используют катализ в производстве спиртов, кислот, альдегидов, фенола, синтетических смол и пластмасс, искусственных каучуков и моторных топлив, красителей, лекарств и т.п.

Катализаторами в современных каталитических процессах служат большинство элементов периодической системы и многие их соединения. Наиболее часто применяют в промышленности следующие катализаторы: платину, железо, никель, кобальт и их оксиды, алюмосиликаты, некоторые минеральные кислоты и соли и др.

Важнейшими свойствами катализаторов являются их активность, избирательность, большая поверхность, достаточная механическая прочность, способность к противодействию каталитическим ядам, легкость регенерации.

Тест на классификацию реакций в неорганической химии.

Задание №1

Из предложенного перечня типов реакций выберите два таких, к которым можно отнести реакцию:

N2 + 3H2 = 2NH3

1) гетерогенная

2) некаталитическая

3) каталитическая

4) гомогенная

5) эндотермическая

6) разложения

Решение

Задание №2

Из предложенного перечня типов реакций выберите два таких, к которым можно отнести реакцию:

CaCO3 = CaO + CO2

1) соединения

2) разложения

3) эндотермическая

4) экзотермическая

5) окислительно-восстановительная

6) обмена

Решение

Задание №3

Из предложенного перечня типов реакций выберите два таких, к которым можно отнести реакцию:

N2 + O2 = 2NO

1) замещения

2) нейтрализации

3) эндотермическая

4) экзотермическая

5) обмена

6) окислительно-восстановительная

Решение

Задание №4

Из предложенного перечня типов реакций выберите два таких, к которым можно отнести реакцию:

2H2O2 = 2H2O + O2

1) соединения

2) разложения

3) каталитическая

4) обмена

5) нейтрализации

6) замещения

Решение

Задание №5

Из предложенного перечня типов реакций выберите два таких, к которым можно отнести реакцию:

Mg(OH)2 + H2SO4 = MgSO4 + 2H2O

1) гомогенная

2) гетерогенная

3) нейтрализации

4) разложения

5) замещения

6) обратимая

Решение

Задание №6

Из предложенного перечня типов реакций выберите два таких, к которым можно отнести реакцию:

Zn + CuSO4 = ZnSO4 + Cu

1) нейтрализации

2) эндотермическая

3) обмена

4) окислительно-восстановительная

5) замещения

6) гомогенная

Решение

Задание №7

Из предложенного перечня типов реакций выберите два таких, к которым можно отнести реакцию:

2KClO3(тв.) = 2KCl(тв.) + 3O2

1) соединения

2) замещения

3) каталитическая

4) обмена

5) необратимая

6) нейтрализации

Решение

Задание №8

Из предложенного перечня типов реакций выберите два таких, к которым можно отнести реакцию:

SO3 + H2O = H2SO4

1) эндотермическая

2) экзотермическая

3) нейтрализации

4) соединения

5) обмена

Решение

Задание №9

Из предложенного перечня типов реакций выберите два таких, к которым можно отнести реакцию:

2H2S + 3O2 = 2SO2 + 2H2O

1) замещения

2) экзотермическая

3) гетерогенная

4) окислительно-восстановительная

5) соединения

6) эндотермическая

Решение

Задание №10

Из предложенного перечня типов реакций выберите два таких, к которым можно отнести реакцию:

H2 + Cl2 = 2HCl

1) экзотермическая

2) обмена

3) гетерогенная

4) эндотермическая

5) нейтрализации

6) гомогенная

Решение

Задание №11

Из предложенного перечня типов реакций выберите два таких, к которым можно отнести реакцию:

FeS(тв.) + 2HCl(р-р) = FeCl2(р-р) + H2S↑

1) окислительно-восстановительная

2) обратимая

3) гетерогенная

4) нейтрализации

5) необратимая

6) гомогенная

Решение

Задание №12

Из предложенного перечня типов химических реакций выберите два таких к которым можно отнести реакцию:

4NH3 + 3O2 = 2N2 + 6H2O

1) нейтрализации

2) каталитическая

3) эндотермическая

4) экзотермическая

5) окислительно-восстановительная

6) обмена

Решение

Задание №13

Из предложенного перечня типов реакций выберите два таких, к которым можно отнести реакцию:

AgNO3(р-р) + NaCl(р-р) = AgCl↓ + NaNO3(р-р)

1) окислительно-восстановительная

2) обратимая

3) гетерогенная

4) необратимая

5) гомогенная

6) замещения

Решение

Задание №14

Из предложенного перечня типов реакций выберите два таких, к которым можно отнести реакцию:

2NaOH + H2SO4 = Na2SO4 + 2H2O

1) нейтрализации

2) экзотермическая

3) эндотермическая

4) разложения

5) окислительно-восстановительная

6) замещения

Решение

Задание №15

Из предложенного перечня типов реакций выберите два таких, к которым можно отнести реакцию:

2Na + 2H2O = 2NaOH + H2

1) нейтрализации

2) эндотермическая

3) замещения

4) обмена

5) экзотермическая

6) обратимая

Решение

Задание №16

Из предложенного перечня типов реакций выберите два таких, к которым можно отнести реакцию:

2NH3 = N2 + 3H2

1) каталитическая

2) необратимая

3) гетерогенная

4) экзотермическая

5) обратимая

6) некаталитическая

Решение

Задание №17

Из предложенного перечня типов реакций выберите два таких, к которым можно отнести реакцию:

2CuS + 3O2 = 2CuO + 2SO2

1) замещения

2) обратимая

3) необратимая

4) каталитическая

5) некаталитическая

6) эндотермическая

Решение

Задание №18

Из предложенного перечня типов реакций выберите два таких, к которым можно отнести реакцию:

N2 + O2 = 2NO

1) экзотермическая

2) окислительно-восстановительная

3) замещения

4) обмена

5) эндотермическая

6) гетерогенная

Решение

Задание №19

Из предложенного перечня типов реакций выберите два таких, к которым можно отнести реакцию:

N2 + 3H2 = 2NH3

1) экзотермическая

2) эндотермическая

3) некаталитическая

4) каталитическая

5) необратимая

6) гетерогенная

Решение

Задание №20

Из предложенного перечня типов реакций выберите два таких, к которым можно отнести реакцию:

2Zn + O2 = 2ZnO

1) каталитическая

2) эндотермическая

3) экзотермическая

4) разложения

5) окислительно-восстановительная

6) гомогенная

Решение

Задание №21

Из предложенного перечня типов реакций выберите два таких, к которым можно отнести реакцию:

2SO2 + O2 = 2SO3

1) эндотермическая

2) гомогенная

3) необратимая

4) некаталитическая

5) каталитическая

6) обмена

Решение

Задание №22

Из предложенного перечня реакций выберите две таких, которые относятся к реакциям нейтрализации

1) MgO + H2SO4 = MgSO4 + H2O

2) CuSO4 + 2NaOH = Cu(OH)2 + Na2SO4

3) SO2 + 2NaOH = Na2SO3 + H2O

4) Cu(OH)2 + 2HNO3 = Cu(NO3)2 + 2H2O

5) HCl + AgNO3 = AgCl + HNO3

6) Ba(OH)2 + 2HNO3 = Ba(NO3)2 + 2H2O

Решение

Задание №23

Из предложенного перечня реакций выберите две таких, которые относятся к окислительно-восстановительным реакциям

1) K2Cr2O7 + 2NaOH = K2CrO4 + Na2CrO4 + H2O

2) 2KHSO4 + ZnO = ZnSO4 + K2SO4 + H2O

3) K2Cr2O7 + 3K2SO3 + 4H2SO4 = 4K2SO4 + Cr2(SO4)3 + 4H2O

4) (NH4)2SO4 = NH3 + NH4HSO4

5) CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O

6) CO2 + NaOH = NaHCO3

Решение

Задание №24

Из предложенного перечня реакций выберите две таких, которые относятся к реакциям обмена

1) SO2 + 2NaOH = Na2SO3 + H2O

2) ZnO + C = Zn + CO

3) Al2O3 + 3H2SO4 = Al2(SO4)3 + 3H2O

4) Ca + 2H2O = Ca(OH)2 + H2

5) Na3PO4 + HCl = Na2HPO4 + NaCl

6) Ca(HCO3)2 = CaCO3 + H2O + CO2

Решение

Задание №25

Из предложенного перечня окислительно-восстановительных реакций выберите две таких, которые относятся реакциям диспропорционирования:

1) Cl2 + SO2 + 4NaOH = Na2SO4 + 2NaCl + 2H2O

2) SO2 + 2H2S = 3S + 2H2O

3) SO2 + Cl2 = SO2Cl2

4) 2Cu(NO3)2 = 2CuO + 4NO2 + O2

5) 3Cl2 + 6KOH = KClO3 + 5KCl + 3H2O

6) 4KClO3 = 3KClO4 + KCl

Решение

Задание №26

Из предложенного перечня типов реакций выберите два таких, к которым можно отнести реакцию:

N2 + O2 = 2NO

1) гетерогенная

2) экзотермическая

3) эндотермическая

4) гомогенная

5) разложения

6) обмена

Решение

Задание №27

Из предложенного перечня окислительно-восстановительных реакций выберите две таких, которые относятся реакциям сопропорционирования:

1) Cl2 + SO2 + 4NaOH = Na2SO4 + 2NaCl + 2H2O

2) 4KClO3 = 3KClO4 + KCl

3) SO2 + Cl2 = SO2Cl2

4) S + 2H2SO4 = 3SO2 + 2H2O

5) 3Cl2 + 6KOH = KClO3 + 5KCl + 3H2O

6) SO2 + 2H2S = 3S + 2H2O

Решение

Задание №28

Из предложенного перечня реакций выберите две таких, которые относятся к реакциям замещения:

1) NaHCO3 + NaOH = Na2CO3 + H2O

2) Br2 + 2NaI = I2 + 2NaBr

3) Ca3(PO4)2 + 2HNO3 = 2CaHPO4 + Ca(NO3)2

4) Zn + 2NaOH = Na2ZnO2 + H2

5) NH3 + HCl = NH4Cl

6) 3Cl2 + 6NaOH = NaClO3 + 5NaCl + 3H2O

Решение

Задание №29

Из предложенного перечня реакций выберите две таких, которые относятся к реакциям нейтрализации

1) CaBr2 + 2AgNO3 = 2AgBr + Ca(NO3)2

2) 3CaO + 2H3PO4 = Ca3(PO4)2 + 3H2O

3) 2KOH + H2S = K2S + 2H2O

4) Sr(OH)2 + 2HBr = SrBr2 + 2H2O

5) CO2 + NaOH = NaHCO3

6) 2AlCl3 + 3Ba(OH)2 = 2Al(OH)3 + 3BaCl2

Решение

Задание №30

Из предложенного перечня реакций выберите две таких, которые относятся к окислительно-восстановительным реакциям

1) 2K2CrO4 + H2SO4 = K2Cr2O7 + K2SO4 + H2O

2) (NH4)2CO3 = 2NH3 + CO2 + H2O

3) (NH4)2Cr2O7 = N2 + Cr2O3 + 4H2O

4) (NH4)3PO4 = 2NH3 + NH4H2PO4

5) 2H2S + 3O2 = 2H2O + 2SO2

6) CO2 + NaOH = NaHCO3

Решение

Задание №31

Из предложенного перечня реакций выберите две таких, которые относятся к реакциям обмена

1) Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 = 2CaCO3 + 2H2O

2) Zn(OH)2 + 2HNO3 = Zn(NO3)2 + H2O

3) Fe2O3 + H2 = 2FeO + H2O

4) 4P + 3KOH + 3H2O = PH3 + 3KH2PO2

5) CO2 + Ca(OH)2 = CaCO3 + H2O

6) Ca(HCO3)2 = CaCO3 + H2O + CO2

Решение

Задание №32

Из предложенного перечня окислительно-восстановительных реакций выберите две таких, которые относятся реакциям диспропорционирования:

1) 2Al + 2NaOH + 6H2O = 2Na[Al(OH)4] + 3H2

2) 2H2SO4 + S = 3SO2 + 2H2O

3) 3S + 6NaOH = Na2SO3 + 2Na2S+ 3H2O

4) Si + 2NaOH + H2O = Na2SiO3 + 2H2

5) 4P + 3KOH + 3H2O = PH3 + 3KH2PO2

6) Cl2 + CO + 4KOH = K2CO3 + 2KCl + 2H2O

Решение

Задание №33

Из предложенного перечня окислительно-восстановительных реакций выберите две таких, которые относятся реакциям сопропорционирования:

1) Zn + 2NaOH + 2H2O = Na2[Zn(OH)4] + H2

2) 2H2SO4 + S = 3SO2 + 2H2O

3) 3S + 6NaOH = Na2SO3 + 2Na2S+ 3H2O

4) KClO3 + 6HCl = KCl + 3Cl2 + 3H2O

5) 4P + 3KOH + 3H2O = PH3 + 3KH2PO2

6) Cl2 + CO + 4KOH = K2CO3 + 2KCl + 2H2O

Решение

Задание №34

Из предложенного перечня реакций выберите две таких, которые относятся к реакциям замещения:

1) 2FeCl3 + Cu = 2FeCl2 + CuCl2

2) Al2O3 + 3H2SO4 = Al2(SO4)3 + 3H2O

3) Ca3(PO4)2 + 2HNO3 = 2CaHPO4 + Ca(NO3)2

4) Zn + CuSO4 = Cu + ZnSO4

5) 8Al + 15H2SO4 = 4Al2(SO4)3 + 3H2S + 12H2O

6) 2Al + 3H2SO4 = Al2(SO4)3 + 3H2

Решение

Задание №35

Из предложенного перечня реакций выберите две таких, которые относятся к реакциям нейтрализации

1) 2CH3COOH + Ca(OH)2 = (CH3COO)2Ca + 2H2O

2) 3Ba(OH)2 + Al2(SO4)3 = 2Al(OH)3 + 3BaSO4

3) SO3 + BaO = BaSO4

4) NaOH + HMnO4 = NaMnO4 + 2H2O

5) 2SO2 + Ba(OH)2 = Ba(HSO3)2

6) CaO + 2HNO3 = Ca(NO3)2 + H2O

Решение

Задание №36

Из предложенного перечня типов реакций выберите два таких, к которым можно отнести реакцию:

CuCO3(тв.) = CuO(тв.) + CO2

1) необратимая

2) экзотермическая

3) окислительно-восстановительная

4) эндотермическая

5) соединения

Решение

Задание №37

Из предложенного перечня типов реакций выберите два таких, к которым можно отнести реакцию:

2H2O2 = 2H2O + O2

1) нейтрализации

2) обмена

3) каталитическая

4) замещения

5) соединения

6) необратимая

Решение

Задание №38

Из предложенного перечня типов реакций выберите два таких, к которым можно отнести реакцию:

Zn + CuSO4 = ZnSO4 + Cu

1) обмена

2) окислительно-восстановительным

3) каталитическим

4) замещения

5) обратимым

Решение

Задание №39

Из предложенного перечня типов реакций выберите два таких, к которым можно отнести взаимодействие оксида серы (IV) с кислородом.

1) обмена

2) окислительно-восстановительная

3) каталитическая

4) замещения

5) необратимым

Решение

Задание №40

Из предложенного перечня типов реакций выберите два типа, которым соответствует взаимодействие оксида углерода (IV) с водой.

1) соединения

2) необратимым

3) обмена

4) обратимым

5) замещения

Решение

Задание №41

Из предложенного перечня типов реакций выберите два таких, к которым можно отнести реакцию:

4NH3 + 3O2 = 2N2 + 6H2O

1) каталитическая

2) некаталитическая

3) экзотермическая

4) эндотермическая

5) обмена

6) соединения

Решение

Задание №42

Из предложенного перечня типов реакций выберите два типа, которым соответствует взаимодействие оксида кальция с водой.

1) замещения

2) эндотермическим

3) экзотермическим

4) соединения

5) каталитическим

Решение

Задание №43

Из предложенного перечня типов реакций выберите два таких, к которым относится реакция:

CO + 2H2 = CH3OH

1) каталитическая

2) некаталитическая

3) необратимая

4) эндотермическая

5) экзотермическая

Решение

Задание №44

Из предложенного перечня типов реакций выберите два таких, к которым можно отнести реакцию:

N2 + 3H2 = 2NH3

1) эндотермическая

2) некаталитическая

3) экзотермическая

4) необратимая

5) гомогенная

6) нейтрализации

Решение

Задание №45

Из предложенного перечня типов реакций выберите два таких, к которым можно отнести реакцию:

2H2O2 = 2H2O + O2

1) соединения

2) окислительно-восстановительная

3) каталитическая

4) обмена

5) некаталитическая

6) замещения

Решение

Задание №46

Из предложенного перечня типов реакций выберите два таких, к которым можно отнести реакцию:

NaOH + HCl = NaCl + H2O

1) гетерогенная

2) обратимая

3) эндотермическая

4) нейтрализации

5) замещения

6) экзотермическая

Решение

Задание №47

Из предложенного перечня типов реакций выберите два таких, к которым можно отнести реакцию:

CaO(тв) + H2O = Ca(OH)2

1) нейтрализации

2) эндотермическая

3) экзотермическая

4) окислительно-восстановительная

5) гетерогенная

6) гомогенная

Решение

Задание №48

Из предложенного перечня типов реакций выберите два таких, к которым можно отнести реакцию:

2KClO3(тв.) = 2KCl(тв.) + 3O2

1) необратимая

2) обратимая

3) нейтрализации

4) обмена

5) некаталитическая

6) каталитическая

Решение

Задание №49

Из предложенного перечня типов реакций выберите два таких, к которым можно отнести реакцию:

P2O5 + 3H2O = 2H3PO4

1) нейтрализации

2) экзотермическая

3) эндотермическая

4) замещения

5) обмена

6) соединения

Решение

Задание №50

Из предложенного перечня типов реакций выберите два таких, к которым можно отнести реакцию:

4Mg + 5H2SO4 = 4MgSO4 + H2S + 4H2O

1) замещения

2) эндотермическая

3) гомогенная

4) гетерогенная

5) соединения

6) экзотермическая

Решение

Задание №51

Из предложенного перечня типов реакций выберите два таких, к которым можно отнести реакцию:

H2 + I2 = 2HI

1) экзотермическая

2) обмена

3) разложения

4) эндотермическая

5) нейтрализации

6) окислительно-восстановительная

Решение

Задание №52

Из предложенного перечня типов реакций выберите два таких, к которым можно отнести реакцию:

NaCl(тв.) + H2SO4 = NaHSO4 + HCl↑

1) окислительно-восстановительная

2) обратимая

3) гетерогенная

4) нейтрализации

5) необратимая

6) гомогенная

Решение

Задание №53

Из предложенного перечня типов реакций выберите два таких, к которым можно отнести реакцию:

Ba(NO3)2(рр) + H2SO4(рр) =  BaSO4↓ + 2HNO3(рр)

1) необратимая

2) обратимая

3) гетерогенная

4) окислительно-восстановительная

5) гомогенная

6) замещения

Решение

Задание №54

Из предложенного перечня типов реакций выберите два таких, к которым можно отнести реакцию:

2SO2 + O2 = 2SO3

1) гетерогенная

2) нейтрализации

3) необратимая

4) некаталитическая

5) каталитическая

6) гомогенная

Решение

Задание №55

Из предложенного перечня типов реакций выберите два таких, к которым можно отнести реакцию:

Ca(OH)2 + 2HNO3 = Ca(NO3)2 + 2H2O

1) нейтрализации

2) окислительно-восстановительная

3) эндотермическая

4) каталитическая

5) экзотермическая

6) замещения

Решение

Задание №56

Из предложенного перечня типов реакций выберите два таких, к которым можно отнести реакцию:

Mg + 2HCl = MgCl2 + H2

1) обратимая

2) эндотермическая

3) нейтрализации

4) обмена

5) экзотермическая

6) замещения

Решение

Задание №57

Из предложенного перечня типов реакций выберите два таких, к которым можно отнести реакцию:

N2 + 3H2 = 2NH3

1) обратимая

2) необратимая

3) некаталитическая

4) эндотермическая

5) замещения

6) каталитическая

Решение

Задание №58

Из предложенного перечня типов реакций выберите два таких, к которым можно отнести реакцию обжига пирита:

4FeS2 + 11O2 = 2Fe2O3 + 8SO2

1) гомогенная

2) каталитическая

3) необратимая

4) гетерогенная

5) замещения

6) гомогенная

Решение

Задание №59

Из предложенного перечня типов реакций выберите два таких, к которым можно отнести реакцию:

N2 + O2 = 2NO

1) экзотермическая

2) эндотермическая

3) замещения

4) гомогенная

5) обмена

6) гетерогенная

Решение

Задание №60

Из предложенного перечня реакций выберите две такие, которые относятся к эндотермическим реакциям:

1) N2 + O2 = 2NO

2) 4FeS2 + 11O2 = 2Fe2O3 + 8SO2

3) CaO + H2O = Ca(OH)2

4) H2 + I2 = 2HI

5) H2 + F2 = 2HF

Решение

Задание №61

Из предложенного перечня реакций выберите две таких, которые являются каталитическими:

1) 4NH3 + 3O2 = 2N2 + 6H2O

2) 4NH3 + 5O2 = 4NO + 6H2O

3) 4FeS2 + 11O2 = 2Fe2O3 + 8SO2

4) 2CuS + 3O2 = 2CuO + 2SO2

5) CaCO3 = CaO + CO2

6) 2KClO3 = 2KCl + 3O2

Решение

Задание №62

Из предложенного перечня реакций выберите две таких, которые являются необратимыми:

1) CO2 + H2O = H2CO3

2) BaCl2(рр) + Na2SO4(рр) = 2NaCl(рр) + BaSO4

3) 2SO2 + O2 = 2SO3

4) N2 + 3H2 = 2NH3

5) N2 + O2 = 2NO

6) CaCO3 + 2HNO3 = Ca(NO3)2 + CO2↑ + H2O

Решение

Задание №63

Из предложенного перечня реакций выберите две таких, которые являются каталитическими:

1) 2H2O2 = 2H2O + O2

2) 2CuS + 3O2 = 2CuO + 2SO2

3) 4NH3 + 3O2 = 2N2 + 6H2O

4) 2SO2 + O2 = 2SO3

5) CaCO3 = CaO + CO2

6) 4FeS2 + 11O2 = 2Fe2O3 + 8SO2

Решение

Задание №64

Из предложенного перечня реакций выберите две таких, которые являются обратимыми:

1) 2H2O2 = 2H2O + O2

2) 2CuS + 3O2 = 2CuO + 2SO2

3) 4NH3 + 3O2 = 2N2 + 6H2O

4) 2SO2 + O2 = 2SO3

5) N2 + O2 = 2NO

6) 4FeS2 + 11O2 = 2Fe2O3 + 8SO2

Решение

Задание №65

Из предложенного перечня реакций выберите две такие, которые относятся к обратимым:

1) N2 + 3H2 = 2NH3

2) BaCl2(р-р) + Na2SO4(р-р) = 2NaCl(р-р) + BaSO4

3) Na2S + 2HCl = 2NaCl + H2S↑

4) 4Li + O2 = 2Li2O

5) 2CuS + 3O2 = 2CuO + 2SO2

6) СO + 2H2 = CH3OH

Решение

Задание №66

Из предложенного перечня реакций выберите две такие, которые относятся к экзотермическим реакциям:

1) N2 + O2 = 2NO

2) 4FeS2 + 11O2 = 2Fe2O3 + 8SO2

3) H2 + Br2 = 2HBr

4) H2 + I2 = 2HI

5) BaCO3 = BaO + CO2

6) H2S = S + H2

Решение

Задание №67

Из предложенного перечня реакций выберите две такие, которые относятся к обратимым реакциям:

1) CaCO3 + 2HCl = CaCl2 + H2O + CO2

2) 2Ca + O2 = 2CaO

3) CO + 2H2 = CH3OH

4) S + O2 = SO2

5) N2 + 3H2 = 2NH3

6) Ca(OH)2 + 2HNO3 = Ca(NO3)2 + 2H2O

Решение

Задание №68

Из предложенного перечня реакций выберите две такие, которые являются каталитическими:

1) CO + 2H2 = CH3OH

2) 4NH3 + 3O2 = 2N2 + 6H2O

3) CaCO3 + 2HBr = CaBr2 + H2O + CO2

4) S + O2 = SO2

5) 4NH3 + 5O2 = 4NO + 6H2O

6) Ca(OH)2 + 2HNO3 = Ca(NO3)2 + 2H2O

Решение

Задание №69

Из предложенного перечня реакций выберите две таких, которые являются обратимыми:

1) 2Na + O2 = Na2O2

2) BaCl2(рр) + Na2SO4(рр) = 2NaCl(рр) + BaSO4

3) 2SO2 + O2 = 2SO3

4) N2 + 3H2 = 2NH3

5) 4FeS2 + 11O2 = 2Fe2O3 + 8SO2

6) CaCO3 + 2HNO3 = Ca(NO3)2 + CO2↑ + H2O

Решение

Задание №70

Из предложенного перечня типов реакций выберите два таких, к которым можно отнести реакцию

4KClO3 = KCl + 3KClO4

1) каталитическая

2) некаталитическая

3) сопропорционирования

4) диспропорционирования

5) соединения

6) нейтрализации

Решение

Задание №71

Из предложенного перечня реакций выберите две экзотермические:

1) 2NH3 = N2 + 3H2

2) CO + 2H2 = CH3OH

3) N2 + O2 = 2NO

4) H2 + Br2 = 2HBr

5) H2 + I2 = 2HI

6) NH4HCO3 = NH3 + H2O + CO2

Решение

Задание №72

Из предложенного перечня типов реакций выберите два таких, к которым можно отнести реакцию

2KClO3 = 2KCl + 3O2

1) каталитическая

2) некаталитическая

3) сопропорционирования

4) диспропорционирования

5) разложения

6) нейтрализации

Решение

Задание №73

Из предложенного перечня реакций выберите две такие, которые являются каталитическими:

1) 2SO2 + O2 = 2SO3

2) 4NH3 + 5O2 = 4NO + 6H2O

3) CaCO3 + 2HBr = CaBr2 + H2O + CO2

4) S + O2 = SO2

5) 4NH3 + 3O2 = 2N2 + 6H2O

6) Ca(OH)2 + 2HNO3 = Ca(NO3)2 + 2H2O

Решение

Задание №74

Из предложенного перечня типов реакций выберите два таких, к которым можно отнести реакцию:

2NH3 = N2 + 3H2

1) экзотермическая

2) необратимая

3) некаталитическая

4) эндотермическая

5) гетерогенная

6) обратимая

Решение

Задание №75

Из предложенного перечня реакций выберите две такие, которые относятся к реакциям замещения:

1) 2CaHPO4 + Ca(OH)2 = Ca3(PO4)2 + 2H2O

2) 3Fe2O3 + CO = 2Fe3O4 + CO2

3) 2HClO3 + I2 = 2HIO3 + Cl2

4) 2CuO + H2 = Cu2O + H2O

5) 4Zn + 10HNO3 = 4Zn(NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O

6) CuO + H2 = Cu + H2O

Решение

Задание №76

Из предложенного перечня реакций выберите две таких, которые являются каталитическими:

1) 4KClO3 = 3KClO4 + KCl

2) 4NH3 + 5O2 = 4NO + 6H2O

3) 4NH3 + 3O2 = 2N2 + 6H2O

4) 2CuS + 3O2 = 2CuO + 2SO2

5) CaCO3 = CaO + CO2

6) CO + 2H2 = CH3OH

Решение

Задание №77

Из предложенного перечня типов реакций выберите два таких, к которым можно отнести реакцию:

H2 + I2 = 2HI

1) необратимая

2) обратимая

3) экзотермическая

4) эндотермическая

5) замещения

6) обмена

Решение

Задание №78

Из предложенного перечня химических реакций выберите две таких, которые являются каталитическими:

1) 2KClO3 = 2KCl + 3O2

2) 4KClO3 = 3KClO4 + KCl

3) 4NH3 + 3O2 = 2N2 + 6H2O

4) 4NH3 + 5O2 = 4NO + 6H2O

5) 2CuS + 3O2 = 2CuO + 2SO2

6) CaCO3 = CaO + CO2

Решение

Задание №79

Из предложенного перечня реакций выберите две такие, которые относятся к эндотермическим реакциям:

1) H2 + S = H2S

2) 4FeS + 7O2 = 2Fe2O3 + 4SO2

3) (NH4)3PO4 = NH3 + (NH4)2HPO4

4) CaO + CO2 = CaCO3

5) N2 + O2 = 2NO

Решение

Задание №80

Из предложенного перечня типов реакций выберите два таких, к которым можно отнести взаимодействие оксида серы (IV) с кислородом

1) обмена

2) эндотермическая

3) необратимая

4) обратимая

5) каталитическая

6) некаталитическая

Решение

Задание №81

Из предложенного перечня типов химических реакций выберите два таких, к которым можно отнести реакцию:

CO + 2H2 = CH3OH

1) некаталитическая

2) обратимая

3) гетерогенная

4) обмена

5) диспропорционирования

6) каталитическая

Решение

Задание №82

Из предложенного перечня типов химических реакций выберите два таких, к которым можно отнести реакцию:

4KClO3 = 3KClO4 + KCl

1) каталитическая

2) нейтрализации

3) сопропорционирования

4) диспропорционирования

5) замещения

6) некаталитическая

Решение

Задание №83

Из предложенного перечня окислительно-восстановительных реакций выберите две таких, которые относятся реакциям диспропорционирования:

1) 2NH4HCO3 + H2SO4 = (NH4)2SO4 + 2CO2 + 2H2O

2) H2C2O4 = H2O + CO + CO2

3) NH4NO2 = N2 + 2H2O

4) 2Cu(NO3)2 = 2CuO + 4NO2 + O2

5) SO2 + Cl2 = SO2Cl2

6) 2NO2 + 2NaOH = NaNO2 + NaNO3 + H2O

Решение

Задание №84

Из предложенного перечня типов реакций выберите два таких, к которым можно отнести реакцию:

4NH3 + 5O2 = 4NO + 6H2O

1) обмена

2) некаталитическая

3) экзотермическая

4) эндотермическая

5) каталитическая

Решение

Задание №85

Из предложенного перечня реакций выберите две таких, которые являются каталитическими:

1) 4NH3 + 3O2 = 2N2 + 6H2O

2) 2KClO3 = 2KCl + 3O2

3) 4FeS2 + 11O2 = 2Fe2O3 + 8SO2

4) 4KClO3 = 3KClO4 + KCl

5) CaCO3 = CaO + CO2

6) 2H2O2 = 2H2O + O2

Решение

Задание №86

Из предложенного перечня типов химических реакций выберите два таких, к которым можно отнести реакцию:

2KClO3 = 2KCl + 3O2

1) некаталитическая

2) нейтрализации

3) необратимая

4) сопропорционирования

5) замещения

6) каталитическая

Решение

Задание №87

Из предложенного перечня реакций выберите две таких, которые являются обратимыми:

1) N2 + O2 = 2NO

2) 2CuS + 3O2 = 2CuO + 2SO2

3) 4NH3 + 3O2 = 2N2 + 6H2O

4) 2NH3 = N2 + 3H2

5) 2H2O2 = 2H2O + O2

6) 4FeS2 + 11O2 = 2Fe2O3 + 8SO2

Решение

Задание №88

Из предложенного перечня типов реакций выберите два таких, к которым можно отнести реакцию:

2SO2 + O2 = 2SO3

1) некаталитическая

2) окислительно-восстановительная

3) необратимая

4) гетерогенная

5) каталитическая

6) нейтрализации

Решение

Задание №89

Из предложенного перечня типов химических реакций выберите два таких, к которым можно отнести реакцию:

CO + 2H2 = CH3OH

1) сопропорционирования

2) обратимая

3) гетерогенная

4) обмена

5) некаталитическая

6) гомогенная

Решение

Задание №90

Из предложенного перечня реакций выберите две таких, которые относятся к реакциям замещения:

1) NH3 + H2SO4 = NH4HSO4

2) 3Cl2 + 6NaOH = NaClO3 + 5NaCl + 3H2O

3) Ca3(PO4)2 + 2HNO3 = 2CaHPO4 + Ca(NO3)2

4) Be + 2NaOH = Na2BeO2 + H2

5) Ca(HCO3)2 + 2NaOH = Na2CO3 + CaCO3 + 2H2O

6) 3K + AlCl3 = 3KCl + Al

Решение

Задание №91

Из предложенного перечня типов реакций выберите два таких, к которым можно отнести реакцию:

2NH3 = N2 + 3H2

1) экзотермическая

2) необратимая

3) гетерогенная

4) замещения

5) обратимая

6) каталитическая

Решение

Задание №92

Из предложенного перечня окислительно-восстановительных реакций выберите две таких, которые относятся реакциям сопропорционирования:

1) 2NO2 + 2NaOH = NaNO2 + NaNO3 + H2O

2) H2C2O4 = H2O + CO + CO2

3) NH4NO2 = N2 + 2H2O

4) NH4NO3 = N2O + 2H2O

5) SO2 + Cl2 = SO2Cl2

6) 2NH4HCO3 + H2SO4 = (NH4)2SO4 + 2CO2 + 2H2O

Решение

Задание №93

Из предложенного перечня типов реакций выберите два таких, к которым можно отнести реакцию:

H2 + I2 = 2HI

1) экзотермическая

2) окислительно-восстановительная

3) разложения

4) эндотермическая

5) нейтрализации

6) замещения

Решение

Задание №94

Из предложенного перечня реакций выберите две таких, которые относятся к реакциям нейтрализации

1) Ba(OH)2 + H2SO4 = BaSO4 + 2H2O

2) CO2 + 2NaOH = Na2CO3 + H2O

3) NaOH + HClO3 = NaClO3 + H2O

4) CO2 + Na2O = Na2CO3

5) HCl + AgNO3 = AgCl + HNO3

6) CuSO4 + 2NaOH = Cu(OH)2 + Na2SO4

Решение

Задание №95

Из предложенного перечня реакций выберите две экзотермические:

1) 2HI = H2 + I2

2) CO + 2H2 = CH3OH

3) N2 + O2 = 2NO

4) CaCO3 = CaO + CO2

5) (NH4)2CO3 = 2NH3 + H2O + CO2

6) 2NH3 = N2 + 3H2

Решение

Задание №96

Из предложенного перечня реакций выберите две таких, которые являются необратимыми:

1) NaHCO3 + HNO3 = NaNO3 + CO2↑ + H2O

2) 2NH3 = N2 + 3H2

3) 2SO2 + O2 = 2SO3

4) NaCl(рр) + AgNO3(рр) = NaNO3(рр) + AgCl↓

5) N2 + O2 = 2NO

6) CO2 + H2O = H2CO3

Решение

Задание №97

Из предложенного перечня типов реакций выберите два таких, к которым можно отнести реакцию:

H2 + Br2 = 2HBr

1) эндотермическая

2) экзотермическая

3) диспропорционирования

4) замещения

5) соединения

6) сопропорционирования

Решение

Задание №98

Из предложенного перечня типов химических реакций выберите два таких к которым можно отнести реакцию:

4NH3 + 3O2 = 2N2 + 6H2O

1) каталитическая

2) обмена

3) экзотермическая

4) эндотермическая

5) некаталитическая

6) соединения

Решение

Задание №99

Из предложенного перечня типов химических реакций выберите два таких к которым можно отнести реакцию:

4NH3 + 5O2 = 4NO + 6H2O

1) каталитическая

2) обмена

3) окислительно-восстановительная

4) эндотермическая

5) некаталитическая

6) соединения

Решение

Задание №100

Из предложенного перечня типов реакций выберите два таких, к которым можно отнести реакцию:

AgNO3(р-р) + HCl(р-р) =  AgCl↓ + HNO3(р-р)

1) окислительно-восстановительная

2) гомогенная

3) гетерогенная

4) необратимая

5) обратимая

6) замещения

Решение

Что такое катализатор на автомобиле, зачем он нужен и что будет, если его убрать

Автомобиль в системе выхлопа имеет каталитический нейтрализатор, который часто выходит из строя из-за некачественного топлива. Давайте разберемся, что это такое, для чего нужен и что делать в случае засора.

Что такое катализатор

Катализатор предназначен для очистки вредных выхлопов. Он расположен в системе выпуска, в процессе его работы происходят химические реакции: опасные вещества переходят в безопасные формы, после чего выбрасываются вместе с выхлопом. Пройдя этот путь выхлопные газы становятся чище. И как результат, автомобиль наносит меньший вред окружающей среде. 

Схема катализатора

Нейтрализатор работает только после нагрева до 300°C, сразу после запуска двигателя очистка не происходит.

Устройство каталитического нейтрализатора

Основой катализатора являются керамические или металлические соты. В зависимости от модели на стенки сот наносится микрослой из палладия и родия или иридия. Эти металлы обладают высокой химической активностью. Касаясь напыления, часть выхлопа входит с ним в химическую реакцию. Часть элементов, образовавшихся при сгорании топлива, связывается.

Современные катализаторы трехкомпонентные.

  • Первый элемент связывает оксиды азота.
  • Второй — удаляет часть несгоревших элементов топлива. В большей части удаляется окись углерода.
  • Третий элемент — это датчик. Он анализирует газы на выходе из катализатора, данные передаются в бортовой компьютер.

Трехкомпонетные катализаторы

Неисправности катализатора и их причины

Производители пишут, что срок службы нейтрализатора 100–150 тысяч километров. Но на практике проблемы могут возникнуть и при меньшем пробеге, особенно в больших городах, где часто приходится стоять в пробках. 

В зависимости от особенностей эксплуатации, замена каталитического нейтрализатора может производиться раз в 3–7 лет.

Основной причиной неисправности становится выгорание слоя металлов, покрывающих соты. Это естественный процесс, в результате которого качество выхлопа ухудшается. Бортовой компьютер показывает горящий «чек», а в некоторых случаях и вообще не позволяет мотору работать, выключая зажигание.

Ускоряет процесс выгорания и некачественное топливо. Зачастую у бензина увеличивают октановое число путем добавки свинца, это усиливает нагрузку на катализатор, уменьшая срок эксплуатации. В ситуации с дизельным топливом выход из строя может ускорить сам владелец, используя в зимнее время добавки-«антигель».

В некоторых случаях причиной поломки может стать неисправный двигатель. При неправильно выставленном зажигании и проблемах в системе питания (последнее особенно актуально для дизельных двигателей) выгорание каталитического слоя ускоряется.

Соты каталитического нейтрализатора

Диагностика автомобильного катализатора

Определить неисправность можно по нескольким признакам:

  • На панели приборов загорелась лампочка “Check Engine”. Она включается при любых ошибках мотора. В нашем случае, как результат нехарактерных показателей датчика, лямбда-зонд. Точно определить, что причина в катализаторе может диагностика сканером.
  • Снижение мощности двигателя. При неисправном катализаторе машина начинает троить, дергаться, хуже разгоняется. Причина в снижении пропускной способности каталитического нейтрализатора, связанной с частичным разрушением сот: они запекаются, забивают проход для выхлопных газов. В итоге мотор «задыхается».
  • Грохот под днищем. Обычно проявляется на высоких оборотах, изредка сразу после запуска. Причина в частичном разрушении керамической конструкции сот. Отпавшие частицы начинают биться о стенки катализатора под воздействием потока газов и центробежных сил.
  • Недостаточно сильный или ровный напор газов из глушителя. При исправном нейтрализаторе, поднеся руку к выхлопной трубе, можно ощутить слабую пульсацию, она возникает вследствие поочередной работы выпускных клапанов. Если поток ровный или ослабленный, вероятно проблема в разрушенных сотах катализатора.

Каталитический нейтрализатор не выходит из строя резко и неожиданно. Обычно перед отказом начинаются мелкие проблемы из списка выше.

Катализатор в разборе

Оригинал или аналог

Оригинальный катализатор — довольно дорогая вещь. Он не производится в нашей стране, все детали в автомагазинах импортные, поэтому на увеличение цены влияют пошлины.

При этом, в случае использования оригинальной детали, автомобиль сохраняет все режимы работы двигателя. Это положительно сказывается на экологии, а также на ресурсе мотора.

Все описанные ниже способы замены катализатора, носят только ознакомительный характер. Не рекомендуется пользоваться данными методами самостоятельно!

Из-за высокой цены автолюбители ищут альтернативу. Вариантов несколько:

  • универсальный катализатор;
  • пламегаситель.

Под универсальным катализатором подразумевается сразу две группы деталей. Первая — катализатор, подходящий под любой автомобиль. Довольно дорогая вещь, но работает безотказно. Второй вариант — блок с сотами. В этом случае в старый катализатор устанавливают новые соты. Недостатком данного варианта считается сложность с выбором сервиса для ремонта, не везде возьмутся за такую работу. Срок службы универсального нейтрализатора 60–90 тысяч километров.

Съём/Установка катализатора

Более дешевый и распространенный способ — пламегаситель. Он может быть готовым, просто предназначенным для установки вместо катализатора. Другой вариант — установка пламегасителя непосредственно в корпус нейтрализатора. Такой способ несколько сложнее, но позволяет скрыть факт замены детали при продаже автомобиля.

Иногда водители просто выбивают соты из корпуса. Способ дешевый, но может привести к увеличению уровня шума и урону экологии.

Особенности удаления катализатора из выхлопной системы

Ниже рассмотрим, какие нюансы удаления катализатора стоит учитывать. В первую очередь, нужно решить, как будет обходиться лямбда-зонд. После удаления нейтрализатора, датчик будет постоянно выдавать ошибку.

Чтобы обойти датчик, обычно делают обманку. Это проставка, которая отдаляет датчик от выхлопных газов, в результате он фиксирует больше кислорода. Обманку вкручивают на место датчика, и уже в нее устанавливают прибор. Такая система работает стабильно, хоть и имеет большое количество минусов. 

  • Любое вмешательство в конструкцию автомобиля приводит к снятию его с гарантии. Подумайте, что будет, если возникнет неисправность двигателя, которая попадает под гарантийный случай.
  • Невозможность пройти государственный техосмотр. Бортовой компьютер вы обманули, но вот при проверке на стенде, обман вскроется. В итоге, вы получите запрет на эксплуатацию транспортного средства. Со станции СТО, вы поедете уже на эвакуаторе.

Еще можно сделать перепрошивку ЭБУ. В результате система будет считать, имеющиеся показатели за норму. Для такой работы требуются дополнительные знания, а также программное обеспечение.

Предупреждения на приборной панели

При перепрошивке нарушаются нормальные циклы работы мотора. Он начинает работать в неправильном режиме. Это снижает ресурс силового агрегата примерно в два раза. В результате перепрошивка вместо экономии принесет вам только больше расходов.

Заключение

В случае возникновения проблем с катализатором, необходимо его заменить. Оптимальным решением будет установка оригинального нейтрализатора. Все аналоги и обманки могут привести к ускоренному выходу двигателя из строя, сделают невозможным получение диагностической карты, а также создадут дополнительную нагрузку на экологию.

Параллельная реализация каталитической реакции (CO + O2 → CO2) с помощью асинхронного клеточного автомата | Шарифулина

Wolfram, S. New Kind of Science / S. Wolfram. — Wolfram Media, Inc. – 2002 / http://www.wolframscience.com/.

Тоффоли, Т. Машины клеточных автоматов / Т. Тоффоли, Н. Марголус – М.: Мир, 1991. – 269 с.

Ванаг, В.К. Исследование пространственно распределенных динамических систем методами вероятностного клеточного автомата / В.К. Ванаг // Успехи физических наук. Обзоры актуальных проблем. – 1999. – Т. 169, № 5. – С. 481–505.

Imbihl, R. Oscillatory Kinetics in Heterogeneous Catalysis / Ronald Imbihl and Gerhard Ertl // Chemical Reviews. – 1995. – Vol. 95, № 3. – P. 697–733.

Bandman O. Parallel Simulation of Asynchronous Cellular Automata Evolution. / Bandman O. // Proceedings of ACRI-2006. In: Lecture Notes in Computer Science, Berlin: Springer. – 2007. –Vol. 4173. – P. 41–47.

Nedea, S.V. Methods for parallel simulations of surface reactions / S.V. Nedea, J.J. Lukkien, A.P.J. Jansen, P.A.J. Hilbers // arXiv:physics/0209017. – 2002. – Vol. 1. 7. Elokhin, V.I. Application of statistical lattice models to the analysis of oscillatory and autowave processes in the reaction of carbon monoxide oxidation over platinum and palladium surfaces / V.I. Elokhin, E.I. Latkin, A.V. Matveev, and V.V. Gorodetskii // Kinetics and Catalysis. – 2003. – Vol. 44, № 5. – P. 692–700.

Latkin, E.I. Monte Carlo model of oscillatory CO oxidation having regard to the change of catalytic properties due to the adsorbate-induced Pt(100) structural transformation / E.I. Latkin, V.I. Elokhin, V.V. Gorodetskii // Journal of Molecular Catalysis A: Chemical. – 2001. – Vol. 166. – P. 23–30.

Bandman O. Synchronous versus asynchronous cellular automata for simulating nanokinetics / Bandman O. // Bulletin of the Novosibirsk Computing Center, Comp.Science, Novosibirsk: NCC Publisher. – 2006. № 25. – P. 1–12.

Бандман, О.Л. Клеточно-автоматные модели пространственной динамики. / О.Л. Бандман // Системная информатика – Методы и модели современного программирования. – 2006. № 10. – С. 59–113.

Ziff, R.M. Kinetic phase transitions in irreversible surface-reaction model / R.M. Ziff, E. Gulari, Y. Bershad // Phys. Rev. Lett. – 1986. – Vol. 56, № 24. – P. 2553.

Development of Heterogeneous Enantioselective Catalysts using Chiral Metal-Organic Frameworks (MOFs)

Enantioselective карбонил-реакции с использованием реагента Зн является stoichiometric из-за разницы в связывающей сродства алкокси и карбониловых групп к металлу (Рисунок 2). По этой причине субстраты были преобразованы в продукты на месте реакции и остались там. Необходимые продукты были получены путем демонтажа кристаллов, как описано в разделе 4 протокола. Результаты разнородной энантиоселективной реакции карбонил-эне субстратов наN/(S)KUMOF-1 (Таблица 1) показали, что самый маленький субстрат(1a)может рассеиваться внутри кристалла и преобразовать в продукт в высокой урожайности (92%), доказывая, что все места реакции MOF были доступны. Урожайность и энантиомерный избыток (ee) уменьшились по мере увеличения размера субстрата, что свидетельствует о том, что более крупные субстраты не могли получить доступ к местам реакции внутри кристалла MOF. Самый большой субстрат(1c)не подвергся реакции в этой системе. Вполне вероятно, что канал реакции был заблокирован соответствующими продуктами реакции в этом случае(рисунок 3). Когда размер субстрата достаточно мал по сравнению с размером пустоты, дополнительные субстраты могут проникать в кристалл. Если размер субстрата слишком велик, то место поверхностной реакции делает первый контакт и непосредственно блокирует вход в канал, что делает невозможным проникновение других субстратов(Анимация 1). Как реакция происходит вблизи поверхности, ee ниже24 и блокировки места реакции снижает выход реакции.

Результаты эффекта размера частицы(Таблица 2) показали, что более крупные кристаллы были лучше, чем маленькие кристаллы в использовании участков реакции внутри кристалла, четко демонстрируя идентификацию места реакции в этой системе. Урожайность в реакции carbonyl-ene 1a используя 3 размера n/(S)-KUMOF-1 были подобны, которые показывают что эффективность 3 MOFs идентична. Оптическая чистота резко уменьшилась с уменьшением размера кристаллов, потому что их площадь поверхности увеличилась. В отличие от этого, кристалл большего размера имел гораздо меньшую площадь поверхности, что позволило глубоко проникнуть и иметь лучший доступ к внутренним местам реакции.

В отличие от системы, опосредоченной в опосредованении, система Ti-катализо-представила больше информации о событиях, происходящих на местах каталитических реакций. Результаты неоднородной каталитической реакции углерода-eneTi/(S)KUMOF-1 (Таблица 3) не выявили никакой дискриминации по размеру субстрата; действительно, влияние размера субстрата на урожайность было незначительным. Оптическая чистота 2a была намного ниже по сравнению с продуктом, полученным с помощью реакции, опосредоченной в зна. Большая часть продукта была найдена в растворе реакции, и количество внутри кристалла было незначительным. Эти результаты показывают, что большинство реакций произошло на или под поверхностью и продукты были немедленно удалены в раствор (Рисунок 4) (Анимация 2). Субстрат размером больше, чем размер полости, подвергается реакции при контакте с местом реакции на поверхности. Продукт быстро отделяется от каталитического участка, не проникая в кристалл.

На основе этих результатов места реакции МОФ могут находиться либо на внешней поверхности, либо на внутренней стороне МОФ. Однако, как сообщалось ранее, хиральная среда места реакции варьируется в зависимости от его местоположения. Реакция, которая является катализатором с MOFs должны следовать методу, предложенного в этой статье, чтобы определить местоположение места реакции. Поэтому, если реакция каталитическая, требования реакции, происходящие внутри канала, должны быть пересмотрены.


Рисунок 1: Два класса энантиоселективных реакций карбонила-эне. Льюис кислоты Cat I и II были использованы для однородной реакции модели в предыдущем докладе27. Эта цифра была перепечатана с разрешения Han et al.27Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.


Рисунок 2: Возможный механизм однородной стойхиометрической реакции карбонил-неэ. Разница связывания сродства между алкокси и группой карбонила к металлу делает реакцию на выбросы углерода-неэбилитена стойихиометрической. Эта цифра была перепечатана с разрешения Han et al.27Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.


Рисунок 3: Схематическая презентация неоднородной стойхиометрической реакции карбонил-эне. Розовые молекулы представляют субстраты, в то время как зелень указывает на продукты, прикрепленные к местам реакции. (A) 1a достаточно мал, чтобы проникнуть в кристалл, независимо от блокировки на 2a. (B) 1b страдает от блокировки 2b, но все еще диффусы в канал. (C) 1c делает первый контакт с местом реакции на поверхности и непосредственно блокирует вход канала на 2c, что делает невозможным для другого субстрата проникнуть. Эта цифра была перепечатана с разрешения Han et al.27Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.


Рисунок 4: Схематическая презентация разногенной каталитической реакции карбонила-эне. Розовые молекулы представляют субстраты, в то время как зелень указывает на продукты. (A) (D) проиллюстрировать шаги реакции. Отмежевание продуктов от места реакции происходит очень быстро и проникать в кристалл не нужно. Эта цифра была перепечатана с разрешения Han et al.27Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.

Запись Субстрат t (ч) доходность (%) ee (%)
1 1a 3.5 92 50
2 1b 3.5 52 5
3 20 Nr Na

Таблица 1: Гетерогенная стоихиометрическая реакция карбонил-эне 1. NR — нет реакции, под пределом обнаружения; NA — не применимо. Эта таблица была перепечатана с разрешения Han et al.27

Запись Катализатора доходность (%) ee (%)
1 N/(S)-KUMOF-1-(L) 92 70
2 N/(S)-КУМОФ-1-(М) 89 50
3 N/(S)-KUMOF-1-(S) 91 0

Таблица 2: Результат определения эффекта размера частиц. Только 1a был использован для этого определения. Записи 1–3 соответствуют крупным, средним и малым размерам частиц, соответственно. Эта таблица была перепечатана с разрешения Han et al.27

продукт, полученный из решения продукт, полученный от MOF
Запись Субстрат доходность (%) ee (%) доходность (%) ee (%)
1 1a 85 24 2.8 Na
2 1b 89 7 0.7 Na
3 83 0 0.2 Na

Таблица 3: Гетерогенная каталитическая реакция карбонила-эне 1. NA — не применимо. Эта таблица была перепечатана с разрешения Han et al.27


Анимация 1: Анимированная иллюстрация неоднородной стойхиометрической реакции карбонила-эне. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть это видео. (Право нажмите, чтобы скачать.)


Анимация 2: Анимированная иллюстрация разнородной каталитического углеродно-эновой реакции. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть это видео. (Право нажмите, чтобы скачать.)

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Презентация на тему: Гетерогенно- каталитические химические

процессы

Лекция

Общая химическая технология

Каталитические процессы

Общие сведения о каталитических процессах

Каталитические процессы

Ряд химических превращений требует инициирования, для возможности протекания превращений с заметной скоростью. Таким инициатором могут быть химические вещества – катализаторы. Химические процессы с их участием называются каталитическими.

Катализ – явление возбуждения химических реакций специальными веществами – катализаторами. Катализатор многократно вступает в промежуточное химическое взаимодействие с веществами, участвующими в реакции, и восстанавливает свой состав после каждого цикла промежуточных взаимодействий. Катализатор не изменяет равновесие системы.

Определение

катализатора

Катализатор — это вещество (индивидуальное химические соединение или их смесь), присутствие которого в смеси реагентов приводит к возбуждению или существенному ускорению

термодинамически разрешенной

химической реакции между реагентами, в ходе которой это вещество не расходуется.

Каждая каталитическая реакция представляет собой последовательность элементарных этапов, в которой реагирующие молекулы связываются с катализатором, вступают в реакцию, находясь на нем, после чего продукты отделяются от 5

катализатора, высвобождая его для нового цикла

ИЗМЕНЕНИЕ ЭНЕРГИИ РЕАГЕНТОВ при каталитическом и «тепловом» путях

протекания реакции

6

Выводы из энергетической диаграммы

Катализатор предлагает альтернативный путь для реакции, который, очевидно, более сложен, но энергетически предпочтителен

У каталитической реакции энергия активации существенно меньше, чем у некаталитической

Полные изменения свободной энергии для каталитической и некаталитической реакций совпадают. Это означает, что присутствие катализатора не влияет на константу равновесия реакции

Катализатор изменяет кинетику, но не термодинамику

реакции; катализатор ускоряет прямую и обратную реакции в одинаковой степени.

Катализ является не только методом ускорения реакций, но и методом управления ими для направленного осуществления тех или иных превращений, в том числе с получением веществ , которых нет в природе.

Классификация катализаторов

по фазовым признакам каталитические реакции :

гомогенные,

гетерогенные

микрогетерогенные (ферментативные).

Типы каталитических систем

гомогенная, когда реакционная смесь и катализатор находятся или в жидком или в газообразном состоянии;

гетерогенная — катализатор находится в виде твердого вещества, а реагирующие соединения в виде раствора или газообразной смеси

ферментативная (микрогетерогенная)- катализатором служат сложные белковые образования, ускоряющие течение биологически важных реакций в организмах растительного и

животного мира.

10

 

Каталитическая реакция — обзор

10.3 Выбор математических моделей и режимов псевдоожижения для барботажных и турбулентных псевдоожиженных слоев

Для прогнозирования работы крупномасштабного реактора полезно (действительно почти необходимо) разработать надежную математическую модель. Математическая модель может быть литературной или разработанной собственными силами. Модель может быть нескольких типов. Это может быть простая двухфазная расчетная модель или более сложная гидродинамическая модель, которая включает более сложный анализ пузырьковой фазы.Также может использоваться модель вычислительной гидродинамики (CFD). Какая бы модель ни была выбрана, кинетика участвующих реакций будет включена в гидродинамическую модель, чтобы дать возможность прогнозирования масштабирования. Когда гидродинамическая модель выбрана или разработана, она должна быть подтверждена данными, прежде чем будет подтверждена какая-либо степень уверенности в модели. Выбор режима и размера частиц основан на предыдущем опыте с аналогичными реакциями и реакторами, данных и / или путем объединения математической модели с кинетикой реакции для определения того, какой режим даст наилучшие результаты по конверсии, селективности, стоимости и т. Д.

Две из наиболее распространенных математических моделей — это расчетная модель и гидродинамическая модель. Расчетная модель — это модель, основанная на двухфазной теории псевдоожиженных слоев Туми и Джонстона (1952), которая утверждает, что весь газ, превышающий минимальную скорость псевдоожижения, проходит через слой в виде пузырьков. Затем расчетная модель (схематически изображенная на рис. 10.5) используется для оценки массопереноса между двумя фазами. Этот тип модели использовался May (1959) и Krambeck и др. .(1987) для успешного масштабирования каталитических процессов Гелдарта группы А. Мэй (1959) использовал экспериментальные отклики индикатора гелия в холодной модели для определения скорости переноса газа из пузырька в эмульсионную фазу и потока газа в эмульсионной фазе. Коэффициенты дисперсии твердых частиц (для прогнозирования перемешивания) определялись с использованием радиоактивных индикаторов. Эта процедура позволила хорошо предсказать работу крупномасштабного реактора.

10.5. Дизайнерская модель.

Krambeck et al . (1987) использовали новый индикатор газа SF 6 в своей работе для получения распределения времени пребывания газа (RTD) в системе.С этим газом адсорбция на катализаторе зависит от содержания влаги в системе. Чем суше катализатор, тем больше адсорбируется SF 6 . Krambeck и др. . (1987) определили RTD газа для различного содержания влаги, чтобы получить время контакта газ / твердое тело и оценить степень реакции. Затем они объединили кинетику процесса с расчетной моделью и осевым числом Пекле (Pe ax = ( UD ) ID ax ) для создания модели преобразования.Используя такой подход, они успешно спроектировали для Mobil большой завод по производству метанола в бензин.

Каталитические реакции обычно имеют форму: A → B → C, где B — желаемый продукт. Для большинства каталитических реакций обратное перемешивание твердых веществ и газа в системе является вредным, поскольку оно приводит к образованию значительных количеств нежелательного продукта «C». Следовательно, система с более поршневым потоком предпочтительнее, чем система с обратным перемешиванием (хорошо перемешиваемая) или бак-реактор с непрерывным перемешиванием (CSTR). Чтобы различать поршневой поток и поток с обратным перемешиванием в слое, можно использовать число Пекле (Pe):

Для поршневого потока: Pe → ∞
Для потока с полностью обратным перемешиванием : Pe → 0

Следовательно, для улучшения характеристик поршневого потока число Пекле должно быть максимальным в псевдоожиженном слое, где обратное перемешивание является вредным.В типичном псевдоожиженном слое, не содержащем перегородок, обычно предполагается обратное перемешивание твердых частиц. Следовательно, к слою обычно добавляются перегородки, чтобы расположить слой, чтобы увеличить характер поршневого потока в слое. Использование бесконечного количества ступеней обратного смешения в системе приводит к эквивалентному поршневому потоку в системе. Хотя бесконечное количество ступеней не может быть использовано в псевдоожиженном слое, любое ступенчатое изменение приводит к движению от обратного перемешивания к поршневому потоку, что выгодно для систем, в которых обратное перемешивание является вредным.Krambeck и др. . (1987) организовали свою кровать, добавив горизонтальные трубки в нескольких местах в кровати. Трубы были разделены секциями слоя без трубок, чтобы эффективно разбить слой на несколько этапов. Влияние этой стадии на урожайность показано на рис. 10.6. На этом рисунке показано, что добавление горизонтальной ступени труб увеличивает кажущуюся эффективность реактора примерно на 25%. Таким образом, ступенчатость (и выход) достигаются за счет смешивания твердых веществ. Другой процесс, в котором используется этот подход, — гидрирование изобутана в изобутилен для получения метил-трет-бутилового эфира (МТБЭ), разработанный Снампроджетти и Ярсинтез (Sanfilippo et al ., 1992; Miracca and Piovensan, 1999). Этот процесс является каталитическим процессом группы А, в котором в слое используются перегородки для контроля обратного перемешивания. В этом слое используется так много перегородок, что обратное смешение значительно сокращается. Это снижает перемешивание твердых частиц до такой степени, что приводит к разнице температур между верхом и низом слоя примерно на 50 ° C. Схематическое изображение этого процесса показано на рис. 10.7. Типичные псевдоожиженные слои без перегородок с нормальным перемешиванием имеют перепады температур в слое всего в пределах 2–5 ° C.

10.6. Влияние горизонтальных перегородок на КПД реактора.

10.7. Схема процесса каталитического дегидрирования Снампроджетти – Ярсинтез.

Гидродинамическая модель (рис. 10.8) включает в свои прогнозы три фазы (пузырь, эмульсия и облако). Эта модель более сложна, чем расчетная, и включает массообмен между каждой из трех фаз. Примером модели гидродинамического типа является модель K-L Куни и Левеншпиля (1991).Включение всех трех фаз в эту модель очень сложно, и часто использование упрощенной модели, включающей только пузырьковую и эмульсионную фазы, дает удовлетворительные результаты.

10.8. Гидродинамическая модель.

Модели вычислительной гидродинамики (CFD) также могут быть очень эффективным инструментом для масштабирования. И коды с открытым исходным кодом, и коммерческие коды CFD значительно улучшились за последние 20 лет.

Чтобы попытаться выяснить, насколько эффективны модели в предсказании поведения систем жидкость-частицы, была предложена задача, в которой:

1.

проблема будет доступна всем разработчикам моделей,

2.

разработчики моделей представят свои прогнозы и

3.

согласование между данными проблемы и прогнозами разработчиков моделей будет обнародовано.

Результаты первой задачи были представлены на конференции по псевдоожижениям во Франции в 1995 г. (Knowlton и др. ., 1995). Результаты показали, что между данными и предсказаниями моделей было очень плохое согласие.

Вторая задача была проведена в 2001 году (Ноултон и Вертер, 2001). Было отмечено лучшее соответствие между данными и прогнозами модели по сравнению с предыдущей проблемой, но было очевидно, что модели CFD все еще далеки от точности.

Третья задача была опубликована в 2010 году, а результаты были представлены на семинаре на CFB10 в 2011 году (Shadle and Cocco, 2011). Было обнаружено даже лучшее согласие CFD с данными задачи, чем в предыдущих двух проблемных задачах, но вывод из этого упражнения заключался в том, что модели CFD все еще требуют значительной работы.Однако, хотя они не готовы к использованию исключительно для масштабирования без экспериментальных данных, модели CFD сейчас достигли стадии разработки, когда они являются чрезвычайно полезным и эффективным инструментом, который может быть использован для значительного содействия разработчикам процессов в масштабировании. .

Настоятельно рекомендуется проверять и валидировать коды CFD перед их использованием для моделирования систем жидкость-частицы. Без проверки нет никаких доказательств того, что код надежен. Есть разница между верификацией и валидацией.Грейс и Тагипур (2004) подробно обсудили различие между верификацией и валидацией. По сути, проверка — это использование данных из узкого набора экспериментов для измерения того, насколько хорошо код CFD предсказывает данные экспериментов. Хорошее согласие дает еще одну уверенность в том, что код может предсказывать тренды как гидродинамически, так и химически. Проверка включает сравнение прогнозов кода с более широким набором экспериментальных данных, чем используется для проверки, и представляет собой более тщательное тестирование кода.

За последние четыре десятилетия был накоплен большой общий опыт выбора различных режимов потока для определенных типов процессов. В общем, было обнаружено, что лучше всего использовать турбулентный или циркулирующий псевдоожиженный слой (также известный как быстрый псевдоожиженный слой) с частицами Гелдарта группы А. Это связано с тем, что турбулентные и циркулирующие псевдоожиженные слои имеют более высокие скорости массопереноса, чем барботажные слои, и не ограничивают скорость реакции так сильно, как барботажный слой.

Чтобы понять это, хорошей отправной точкой является определение быстрых и медленных пузырьков в кипящем слое, данное Дэвидсоном и Харрисоном (1963), которое было разработано на основе двухфазной теории псевдоожижения.Дэвидсон обнаружил, что существует два типа пузырьков в кипящем псевдоожиженном слое:

1.

Быстрые пузырьки , определяемые как пузырьки, где скорость подъема одного пузырька ( U b ) в слое больше, чем скорость газа внедрения в фазе эмульсии ( v mf ), то есть:

Ub> vmf

2.

Медленные пузырьки , определяемые как пузырьки, в которых скорость подъема одного пузырька равна меньше, чем скорость внедрения газа в эмульсионной фазе, т.е.e .:

Ub

Схематические рисунки, показывающие взаимосвязь между потоками газа в быстрых и медленных пузырьках, показаны на рисунках 10.9 и 10.10 соответственно. Как видно на рис. 10.9, быстрый пузырь с радиусом a окружен облаком с радиусом R . Пузырь поднимается быстрее, чем поток газа внедрения в эмульсионной фазе. Газ в быстром пузыре течет в облако, окружающее пузырек, а затем циркулирует обратно в основание пузыря через облако.Газ в пузырьке и облаке не взаимодействует конвективно с твердыми частицами в эмульсионной фазе, а в основном остается в облаке. Взаимодействие между облаком и фазой эмульсии осуществляется за счет медленной диффузии газа из облака.

10.9. Быстрый пузырь.

10.10. Медленный пузырь.

И наоборот, медленный пузырек (рис. 10.10) течет медленнее, чем газ в промежутках между частицами в эмульсионной фазе. Следовательно, более быстрому потоку газа в эмульсионной фазе легче проходить через пузырь, чем твердым частицам в эмульсионной фазе, поскольку в пузырьке с разбавленной фазой меньше сопротивления.Следовательно, газ, протекающий через пузырек, «вымывает» газ из пузырьковой фазы в эмульсию, где он может затем вступать в реакцию с твердыми частицами.

Твердые вещества группы A и очень мелкие твердые вещества группы B являются твердыми веществами, которые, скорее всего, имеют быстрые пузыри. Двухфазная теория псевдоожижения утверждает, что весь газ, превышающий минимальную скорость псевдоожижения, проходит через слой в виде пузырьков. Следовательно, исходя из этой теории, скорость потока газа в эмульсионной фазе составляет U mf .Он проходит через пустоты твердых тел в эмульсионной фазе со скоростью v mf = U mf / ε mf . Частицы группы A очень малы, и минимальная скорость псевдоожижения для этих частиц также чрезвычайно мала — порядка 0,003 м / с, и если ε mf составляет приблизительно 0,5, то v mf составляет приблизительно 0,006 м / с. Пузырь размером 2 см имеет скорость подъема одиночного пузыря, равную примерно 0.3 м / с. Это примерно на два порядка быстрее, чем U mf , поэтому быстрые пузыри обычно встречаются в частицах группы А. Медленные пузыри возникают с крупными частицами Группы B и Группы D, где U mf приближается к скорости подъема одиночного пузыря и превышает ее.

Поскольку быстрые пузырьки возникают в материалах Группы A, существует слабое конвективное взаимодействие пузырькового газа с твердыми частицами в эмульсионной фазе и относительно плохой массоперенос. Газ будет переходить в фазу эмульсии из облака путем диффузии, но это относительно медленно.Поскольку массоперенос в системах с быстрой реакцией обычно ограничен, обычно гораздо лучше использовать турбулентный псевдоожиженный слой для реакций с частицами группы А. Это связано с тем, что пустоты в турбулентных слоях нестабильны и существуют только короткое время (секунду или около того), прежде чем схлопнуться. Эта нестабильная пустотная фаза увеличивает взаимодействие пустот / эмульсионная фаза и, следовательно, массоперенос намного выше для турбулентных псевдоожиженных слоев группы A по сравнению с барботажными псевдоожиженными слоями группы A.

Nicol (2008) проанализировал влияние режимов частиц группы A на конверсию для каталитической реакции первого порядка с большой константой скорости и показал, что медленный массоперенос в барботажном режиме снижает конверсию по сравнению с турбулентным псевдоожиженным слоем и режимы циркулирующего псевдоожиженного слоя.Результаты этой работы показаны на рис. 10.11. В этом случае конверсия псевдоожиженного слоя в барботажном режиме значительно ниже, чем конверсия для турбулентного слоя (и для циркулирующего псевдоожиженного слоя), поскольку медленный массоперенос из-за быстрых пузырьков ограничивает скорость реакции. Nicol (2008) сообщил, что для незанятых турбулентных слоев числа Пекле обычно варьируются от 2 до примерно 6.

10.11. Влияние режима псевдоожижения на конверсию каталитической реакции первого порядка.

Для мелких частиц Группы B пузырьки обычно находятся в промежуточном положении между быстрыми и медленными. Более крупные материалы Группы B (обычно более 800 микрон или около того) имеют медленные пузыри. Пузырьки в слоях группы B размером более 200 микрон могут вырасти до очень больших размеров. Использование пузырьков группы B размером 200 микрон или выше может привести к закупориванию в относительно больших колоннах, а забивание частицами группы B почти всегда в небольших лабораторных холодных моделях или пилотных установках. Следовательно, необходимо проявлять особую осторожность при увеличении масштабов этих частиц, потому что режим потока в меньших колоннах (закупорка) может отличаться от режима потока в промышленном слое (барботажный слой) — как отмечалось выше в «Браунсвилльском опыте».Добавление перегородок к меньшим колоннам может устранить забивание и позволить меньшей колонне работать в режиме кипящего псевдоожиженного слоя (Karri, 2009).

Катализаторы | Химия для неосновных

Цели обучения

  • Определите катализатор.
  • Объясните, как катализаторы влияют на скорость химической реакции.

Куда ушло солнце?

Смог в Нью-Йорке. Любезно предоставлено доктором Эдвином П. Юингом-младшим, CDC / Викимедиа.

Транспортные средства с бензиновым двигателем выделяют много вредных веществ. Оксиды азота образуются, когда атмосферный азот реагирует с кислородом при высоких температурах, характерных для автомобильного двигателя. Окись углерода является побочным продуктом неполного сгорания углеводородов. Испаренное и неиспользованное топливо выбрасывает в атмосферу летучие углеводороды, способствуя образованию смога. Наличие каталитического нейтрализатора в выхлопной системе автомобиля заставляет эти материалы вступать в реакцию и превращаться в менее вредные продукты.

Катализаторы

Иногда в химическую реакцию может быть добавлено вещество, и скорость этой реакции резко возрастет. Перекись водорода используется в качестве дезинфицирующего средства для удаления царапин и порезов и содержится во многих аптеках в виде 3% -ного водного раствора. Перекись водорода естественным образом разлагается с образованием воды и кислорода, но реакция идет очень медленно. Бутылки с перекисью водорода хватит на несколько лет, прежде чем ее нужно будет заменить. Однако добавление небольшого количества оксида марганца (IV) к перекиси водорода приведет к ее полному разложению всего за несколько минут.Катализатор представляет собой вещество, которое увеличивает скорость химической реакции за счет снижения энергии активации без использования в реакции. После того, как реакция происходит, катализатор возвращается в исходное состояние, и катализаторы можно использовать снова и снова. Поскольку он не является ни реагентом, ни продуктом, катализатор показан в химическом уравнении над стрелкой выхода.

Катализатор работает, изменяя конкретный способ протекания реакции, называемый ее механизмом.Важным результатом использования катализатора является снижение общей энергии активации реакции (см. , рис. , ниже). При более низком энергетическом барьере активации больший процент молекул реагентов может иметь эффективные столкновения, и скорость реакции увеличивается.

Рис. 1. Добавление катализатора в реакцию снижает энергию активации, увеличивая скорость реакции. Энергия активации некаталитической реакции обозначена Ea, тогда как каталитическая реакция обозначена Ea ’.Теплота реакции (ΔH) не изменяется в присутствии катализатора. Изображение из фонда CK-12 — Кристофер Ауён.

Катализаторы — чрезвычайно важные части многих химических реакций. Ферменты в вашем теле действуют как природные катализаторы, позволяя важным биохимическим реакциям протекать с разумной скоростью. Химические компании постоянно ищут новые и лучшие катализаторы, чтобы ускорить реакцию и, таким образом, сделать компанию более прибыльной.

Сводка

  • Описывается функция катализатора.

Практика

Посмотрите видео по ссылке ниже и ответьте на следующие вопросы:

  1. Какой краситель используется для синих джинсов?
  2. Что ферменты делают для синих джинсов?
  3. Перечислите три проблемы, которые существуют для некаталитических реакций.

Обзор

  1. На что влияет катализатор в химической реакции?
  2. Влияет ли процесс на процесс?
  3. Где мы указываем катализатор при написании химического уравнения?

Глоссарий

  • катализатор: Вещество, которое увеличивает скорость химической реакции за счет снижения энергии активации без использования в реакции.

Катализатор и скорость реакции | Глава 6: Химические изменения

  • Покажите студентам две демонстрации и попросите их найти доказательства того, что в химических реакциях образуется газ.

    Скажите студентам, что вы покажете им видео двух демонстраций, в которых водяной пар и газообразный кислород образуются в одной и той же химической реакции. Поскольку газы невидимы, попросите студентов внимательно следить за доказательствами того, что газ образуется.

    Спроецируйте видео «Зубная паста слона».

    Вспенивание показывает, что газы (кислород и водяной пар) выделяются очень быстро. Количество пены, образовавшейся за определенный период времени, является способом измерения скорости реакции.

    Спроецируйте видео «Джин в бутылке».

    Пар, выходящий из бутылки, представляет собой водяной пар, который конденсируется на выходе из бутылки. Кислород тоже выходит из баллона, но его не видно.

    Спросите студентов:

    Как узнать, что в результате химической реакции образуется газ?
    Демонстрация вспенивания зубной пасты слона означает, что образуется газ. Производство газа — это ключ к разгадке химической реакции. Водяной пар в демонстрации джинна в бутылке также показывает производство газа.

    Скажите студентам, что этот урок посвящен ускорению химических реакций.Некоторые реакции происходят очень медленно, но можно добавить химические вещества, называемые катализаторами, чтобы они происходили быстрее. Обе эти демонстрации опирались на катализатор.

  • Опишите, как при разложении перекиси водорода образовался газообразный кислород в обоих видеороликах.

    Скажите студентам, что в обеих демонстрациях используется 30% раствор перекиси водорода. Обычно перекись водорода, которую вы можете купить в магазине, составляет всего 3% перекиси водорода.Объясните учащимся, что химическая формула перекиси водорода H 2 O 2 . Обратите внимание на то, что перекись водорода не очень стабильна и сама по себе распадается на воду и кислород. Такое изменение представляет собой химическую реакцию, называемую разложением. Разложение перекиси водорода происходит медленно и обычно незаметно.

    Спроецировать изображение Разложение перекиси водорода.

    Объясните, что перекись водорода разлагается с образованием воды и кислорода в соответствии с этим химическим уравнением:

    Скажите студентам, что эта химическая реакция происходит сама по себе, и что даже энергия света в комнате может вызвать более быстрое разложение перекиси водорода.Вот почему перекись водорода продается в непрозрачных емкостях.

    Скажите студентам, что в видео было использовано вещество (перманганат калия или диоксид марганца), чтобы ускорить разложение перекиси водорода. Несмотря на то, что это ускорило реакцию, само вещество не изменилось во время реакции. Вещество, которое увеличивает скорость реакции, но не становится частью продуктов реакции, называется катализатором.

    Спросите студентов:

    Ваш учитель показал вам демонстрацию, в которой катализатор добавляется к перекиси водорода и образуется большое количество газообразного кислорода.Если катализатор участвует в химической реакции, почему он не включен как продукт в химическое уравнение?
    Катализатор не попадает в продукты, поэтому не участвует в химической реакции.
    Что делает катализатор в химической реакции?
    Катализаторы помогают реакции протекать быстрее, но не изменяются во время реакции.

    Раздайте каждому учащемуся рабочий лист.

    Учащиеся запишут свои наблюдения и ответят на вопросы о задании в листе действий.«Объясни это с помощью атомов и молекул» и «Возьми это». Дальнейшие разделы рабочего листа будут заполнены либо в классе, либо в группах, либо индивидуально, в зависимости от ваших инструкций. Посмотрите на версию листа с заданиями для учителя, чтобы найти вопросы и ответы.

  • Предложите учащимся использовать дрожжи для катализирования разложения перекиси водорода.

    Вопрос для расследования

    Может ли другое вещество катализировать разложение перекиси водорода?

    материалов для каждой группы

    • Цилиндр градуированный
    • Перекись водорода (3%)
    • Дрожжи
    • Палочка для мороженого
    • Моющий раствор
    • Капельница

    Подготовка учителей

    Приготовьте раствор моющего средства, добавив 1 чайную ложку жидкого средства для мытья посуды к 2 столовым ложкам воды.Разделите раствор моющего средства поровну на одну маленькую чашку для каждой группы.

    Процедура

    1. Добавьте 10 мл перекиси водорода в мерный цилиндр. Добавьте 1 каплю раствора моющего средства. Осторожно перемешайте и следите за появлением пузырьков в растворе.

      Объясните ученикам, что моющее средство добавляется только для образования пузырьков, если выделяется какой-либо газ. Поскольку при разложении перекиси водорода образуется газообразный кислород, выделение пузырьков показывает, что перекись водорода разрушается или разлагается.Отсутствие пузырьков показывает, что газообразного кислорода образуется не так много.

    2. Кончиком палочки для мороженого добавьте небольшое количество дрожжей к перекиси водорода в градуированном цилиндре и перемешайте.

    3. Поместите мерный цилиндр на стол и следите за появлением пузырьков.
    4. Удерживайте градуированный цилиндр, чтобы увидеть, нет ли каких-либо изменений температуры.

    Ожидаемые результаты

    Перед добавлением дрожжей не наблюдается пузырьков.После добавления дрожжей из-за образования пузырьков пена поднимется вверх по градуированному цилиндру. Кроме того, градуированный цилиндр должен быть немного теплее, потому что при разложении перекиси водорода выделяется энергия. Изменения энергии в химических реакциях будут исследованы более подробно в главе 6, занятие 7.

  • Обсудите наблюдения студентов.

    Спросите студентов:

    Какие у вас есть подсказки, что при этом действии произошла химическая реакция?
    Пузырьки.Скажите студентам, что изменение температуры также является признаком возможной химической реакции. Эндотермические и экзотермические химические реакции будут рассмотрены в главе 6, занятие 7.
    Что является катализатором в этой деятельности?
    Вещество в дрожжах.
    Какие у вас есть доказательства того, что перекись водорода разлагается быстрее при добавлении дрожжей?
    После добавления дрожжей образовались пузырьки газообразного кислорода.
    Должны ли дрожжи быть включены в состав химического уравнения, когда вы пишете химическое уравнение этой реакции?
    Объясните учащимся, что катализатор дрожжей не попадает в продукты, а является веществом, которое способствует более быстрому разложению. Иногда катализатор пишется над или под стрелкой в ​​химическом уравнении, но он никогда не включается в реагенты или продукты.

    Обычно катализаторы работают, предоставляя место, где реагенты могут собираться вместе для реакции.Объясните учащимся, что клетки дрожжей и других организмов содержат катализатор под названием каталаза . Благодаря нормальным клеточным процессам живые существа производят перекись водорода в своих клетках. Но перекись водорода — это яд, поэтому клеткам нужен способ очень быстро его разрушить. Клетки содержат каталазу, которая очень быстро расщепляет перекись водорода. Одна молекула каталазы может каждую секунду катализировать распад миллионов молекул перекиси водорода.

    Студенты могут продолжить изучение влияния каталазы на перекись водорода, добавив кусок свежего сырого картофеля к небольшому количеству перекиси водорода.

  • Попросите учащихся определить изменения, которые происходят, когда сульфат меди II вступает в реакцию с куском алюминиевой фольги.

    Примечание: Это реакция между сульфатом меди II и алюминием. Медь называется «медь II», потому что медь может образовывать разные типы ионов. Он может потерять один электрон и быть просто Cu + или может потерять два электрона и быть Cu 2+ . Этот тип иона меди называется медью II.Также «сульфат» в сульфате меди II также является ионом. Этот ион состоит из более чем одного атома. Это один из многоатомных ионов, обсуждаемых в главе 4, урок 3. Сульфат-ион состоит из атома серы, связанного с четырьмя атомами кислорода, и рассматривается как один ион (SO 4 2-).

    Есть несколько интересных аспектов реакции между сульфатом меди II и алюминием, но она отличается от других реакций, которые студенты наблюдали до сих пор. В этой реакции движение электронов, а не целых атомов, ионов или молекул, вызывает реакцию.Этот тип реакции называется реакцией окисления / восстановления. Эту конкретную реакцию интересно проводить, потому что она экзотермична, генерирует газ, а металлическая медь появляется, когда металлический алюминий исчезает.

    Соль можно рассматривать как катализатор реакции, но она играет иную роль, чем большинство катализаторов. Сульфат меди II и алюминий реагируют очень медленно, потому что алюминий покрыт очень тонким слоем потускнения (оксида алюминия). Эта реакция может быть ускорена, если слой оксида алюминия удален или нарушен.Добавление соли делает это и позволяет электронам алюминия реагировать с ионами меди в растворе, превращая их в металлическую медь.

    Вопрос для расследования

    Что является катализатором в следующем действии?

    материалов для каждой группы

    • Раствор сульфата меди II (в стакане)
    • Прозрачный пластиковый стаканчик (пустой)
    • Соль
    • Кусок алюминиевой фольги
    • Термометр
    • Палочка для мороженого

    Подготовка учителей

    Приготовьте раствор сульфата меди II, добавив 20 г сульфата меди II в 200 мл воды.Налейте около 25 мл раствора сульфата меди II в чашку для каждой группы. Нарежьте алюминиевую фольгу на кусочки, достаточно большие, чтобы покрыть дно чашки (примерно 5 см в длину и 5 см в ширину).

    Процедура

    1. Поместите кусок алюминиевой фольги в пустую чашку. Пальцами или палочкой для мороженого плотно прижмите фольгу, чтобы она лежала ровно и закрывала дно чашки.
    2. Добавьте весь раствор сульфата меди II в чашку с алюминиевой фольгой.
    3. Осторожно перемешайте раствор в течение нескольких секунд и дайте ему постоять. Следите за алюминием на предмет пузырей или изменения цвета.
    4. Используйте палочку для мороженого, чтобы добавить небольшое количество соли в раствор сульфата меди II. Осторожно перемешайте раствор в течение нескольких секунд и дайте ему постоять. Следите за пузырьками или изменением цвета.

    5. Осторожно поместите термометр в чашку и посмотрите, не изменится ли температура.

    Ожидаемые результаты

    Перед добавлением соли нет пузырей или изменения цвета. После добавления соли цвет становится зеленоватым, и на алюминии начинают образовываться пузырьки. Вскоре на алюминии начинает образовываться коричневатый материал (медь). Барботаж становится более интенсивным, и раствор теряет свой синий цвет, поскольку алюминий исчезает и образуется больше меди. Раствор также становится теплее.

  • Обсудите наблюдения студентов.

    Спросите студентов:

    Как узнать, что происходит химическая реакция, когда кусок алюминиевой фольги и хлорид натрия помещают в раствор сульфата меди II?
    Появились пузыри, изменение цвета, повышение температуры и образование другого твердого вещества.
    Что является катализатором в этой деятельности?
    Соль.
    Чем добавление соли к алюминию похоже на добавление дрожжей к перекиси водорода?
    Оба могут рассматриваться как катализаторы.Добавление дрожжей помогает перекиси водорода быстрее разлагаться, а добавление соли помогает алюминию реагировать с сульфатом меди II.

    Сообщите студентам, что синий раствор содержит ионы меди (Cu2 +). Добавление соли в раствор помогает удалить слой налета с алюминиевого куска, который находился в растворе. Это обнажает некоторое количество алюминия и позволяет электронам алюминия реагировать с ионами меди. Эти отрицательные электроны притягиваются к положительным ионам меди. Когда электроны соединяются с ионами меди, ионы становятся нейтральными атомами меди и выглядят как металлическая медь в растворе.Когда алюминий теряет свои электроны, он становится ионами алюминия, переходит в раствор и, кажется, исчезает.

  • Catalyst

    Катализатор — это вещество, которое увеличивает скорость химической реакции, но не расходуется в ходе реакции. Катализатор появится на стадиях механизма реакции, но не появится в общей химической реакции (поскольку он не является реагентом или продуктом). Как правило, катализаторы существенно изменяют механизм реакции, так что новые барьеры вдоль координаты реакции значительно ниже.При понижении энергии активации константа скорости значительно увеличивается (при той же температуре) по сравнению с некаталитической реакцией.

    В мире существует множество типов катализаторов. Многие реакции катализируются на поверхности металлов. В биохимии огромное количество реакций катализируется ферментами. Катализаторы могут находиться либо в той же фазе, что и химические реагенты, либо в отдельной фазе.

    Катализаторы

    в одной фазе называются гомогенными катализаторами , а катализаторы в разных фазах называются гетерогенными катализаторами .

    Например, если у нас есть металлическая Pt в качестве катализатора реакции газообразного водорода и газообразного этена, тогда Pt является гетерогенным катализатором. Однако фермент в растворе, катализирующий биохимическую реакцию в растворе, является гомогенным катализатором.

    Еще одна важная идея о катализаторах — их избирательность. То есть катализатор не просто ускоряет все реакции, а только очень конкретную реакцию. Это ключ ко многим химическим превращениям.Когда вы хотите произвести только определенное химическое изменение, вы ищете катализатор, который ускорит эту конкретную реакцию, но не ускорит другие. В этом отношении замечательны ферменты. Живые биологические системы требуют множества специфических химических превращений, и каждый из них катализирует уникальный фермент.


    Типы катализаторов

    Катализаторы могут находиться либо в той же фазе, что и химические реагенты, либо в отдельной фазе.

    Катализаторы в одной и той же фазе называются гомогенными катализаторами, а катализаторы в разных фазах — гетерогенными катализаторами.

    Например, если у нас есть металлическая Pt в качестве катализатора реакции газообразного водорода и газообразного этена, тогда Pt является гетерогенным катализатором. Однако фермент в растворе, катализирующий биохимическую реакцию в растворе, является гомогенным катализатором.


    Влияние катализаторов

    Эффект катализатора заключается в том, что он снижает энергию активации реакции.

    Обычно это происходит потому, что катализатор изменяет способ протекания реакции (механизм).Мы можем визуализировать это для простой координаты реакции следующим образом.

    В более общем смысле катализируемая реакция может иметь ряд новых барьеров и промежуточных продуктов. Однако самый высокий барьер теперь будет значительно ниже, чем предыдущий самый большой барьер. Например, ниже приведен пример пути реакции, который показывает каталитическую и некаталитическую реакцию. Путь с катализатором теперь состоит из двух ступеней и промежуточных частиц. Однако барьеры для обеих стадий намного ниже, чем в некаталитической реакции.


    Как работают катализаторы?

    Многие катализаторы работают одинаково. Они дают возможность молекулам реагента разорвать связи и затем образовать временные связи с катализатором. Это означает, что катализатор должен быть в некоторой степени реактивным, но не слишком реактивным (поскольку мы не хотим, чтобы эти связи были постоянными). Например, металлическая Pt служит катализатором многих реакций с участием газообразного водорода или газообразного кислорода. Это связано с тем, что поверхность Pt позволяет H 2 или O 2 разорвать свои связи, а затем образовать атомные частицы, которые «связаны» с Pt.Однако эти новые связи могут быть достаточно слабыми, чтобы атомные частицы могли затем вступить в реакцию с другими молекулами и покинуть поверхность. Таким образом, после реакции металл Pt возвращается в свое первоначальное состояние.

    Например, на рисунке ниже изображена реакция этена и газообразного водорода. Водород приземляется на поверхность и разрывает свою связь, образуя атомы H, связанные с поверхностью (2). Двойная связь этена также разорвана, и два атома углерода также связаны с поверхностью (3). Затем атомы H могут мигрировать, пока не столкнутся со связанными частицами углерода и не вступят в реакцию (4) с образованием этана, который затем может покинуть поверхность (5).

    Так работают все катализаторы? Нет. + (водн.) \; + \; O_2 (g)} & {\ rm Шаг \; 2} \\ {\ rm Mn (OH) _2 (aq) \; + \; H_2O_2 (l)} \; & \правая стрелка & \; {\ rm MnO_2 (s) \; + 2H_2O (l)} & {\ rm Шаг \; 3} \ end {array} \]

    Таким образом, в чистой реакции нет изменений в MnO 2. Однако во время реакции он превращается в Mn 2+ , а также в Mn (OH) 2 . Катализатор может быть идентифицирован таким образом в механизме реакции, поскольку он сначала появляется в «реагентах», но затем подвергается риформингу. позже в реакции.

    Катализаторы также могут функционировать, «удерживая» молекулы в определенных конфигурациях, одновременно ослабляя некоторые конкретные связи. Это позволяет катализатору существенно «помогать» химии, организуя реакции в благоприятных геометрических формах, а также ослабляя связи, которые необходимо разорвать по координате реакции.


    Ферменты

    Ферменты — биологические катализаторы. Это белки, которые складываются в определенные конформации, чтобы ускорить определенные химические реакции. Для биохимических реакций реагент обычно называют субстратом. Субстрат превращается в продукт. Механизмы многих ферментов очень похожи. Субстрат (ы) и фермент связываются в комплекс. Физическое местоположение на ферменте, в котором связывается субстрат, называется «активным центром».После связывания этот комплекс может ослабить определенные связи в субстрате, что приведет к химическому взаимодействию с образованием продукта. Продукт слабо связан с субстратом, так что теперь он диссоциирует, и фермент может свободно связываться с другой молекулой субстрата.

    Активные центры ферментов могут быть очень специфичными, так что фермент будет катализировать только очень специфическую реакцию для очень специфической молекулы. Обычно существует равновесие между связанным комплексом и свободным субстратом и ферментом, так что связывание может быть обратимым.Напротив, как только продукт образуется, обратная реакция обычно никогда не происходит.

    Субстрат + фермент ↔ Комплекс → Продукт.

    Активность многих ферментов может быть заблокирована молекулами, имитирующими субстрат, но не участвующими в химии. Затем эти молекулы эффективно «выключают» фермент, блокируя активный сайт и предотвращая связывание субстрата. Так действуют многие фармацевтические препараты. Такие молекулы обычно называют ингибиторами, поскольку они подавляют активность фермента.

    14.7: Катализ — Химия LibreTexts

    Цели обучения

    • Чтобы понять, как катализаторы увеличивают скорость реакции и селективность химических реакций.

    Катализаторы — это вещества, которые увеличивают скорость химической реакции, но не расходуются в процессе. Катализатор, следовательно, не входит в общую стехиометрию реакции, которую он катализирует, но он должен появляться по крайней мере в одной из элементарных реакций в механизме катализированной реакции.Катализируемый путь имеет более низкое значение E a , но чистое изменение энергии, возникающее в результате реакции (разница между энергией реагентов и энергией продуктов), не зависит от присутствия катализатора ( Рисунок \ (\ PageIndex {1} \)). Тем не менее, из-за более низкого значения E a скорость реакции катализированной реакции выше, чем скорость реакции некаталитической реакции при той же температуре. Поскольку катализатор уменьшает высоту энергетического барьера, его присутствие увеличивает скорость как прямой, так и обратной реакции на одинаковую величину.В этом разделе мы рассмотрим три основных класса катализаторов: гетерогенные катализаторы, гомогенные катализаторы и ферменты.

    Рисунок \ (\ PageIndex {1} \): Снижение энергии активации реакции катализатором. На этом графике сравниваются диаграммы потенциальной энергии для одностадийной реакции в присутствии и в отсутствие катализатора. Единственный эффект катализатора — снижение энергии активации реакции. Катализатор не влияет на энергию реагентов или продуктов (и, следовательно, не влияет на ΔE).(CC BY-NC-SA; анонимно)

    Катализатор влияет на E a , а не на Δ E .

    Гетерогенный катализ

    В гетерогенном катализе катализатор находится в фазе, отличной от фазы реагентов. По крайней мере, один из реагентов взаимодействует с твердой поверхностью в физическом процессе, называемом адсорбцией, таким образом, что химическая связь в реагенте становится слабой, а затем разрывается. Яды — это вещества, которые необратимо связываются с катализаторами, предотвращая адсорбцию реагентов и, таким образом, снижая или разрушая эффективность катализатора.

    Примером гетерогенного катализа является взаимодействие газообразного водорода с поверхностью металла, такого как Ni, Pd или Pt. Как показано в части (а) на рисунке \ (\ PageIndex {2} \), водородно-водородные связи разрываются и образуют отдельные адсорбированные атомы водорода на поверхности металла. Поскольку адсорбированные атомы могут перемещаться по поверхности, два атома водорода могут сталкиваться и образовывать молекулу газообразного водорода, которая затем может покинуть поверхность в обратном процессе, называемом десорбцией.Адсорбированные атомы H на поверхности металла значительно более активны, чем молекула водорода. Поскольку относительно прочная связь H – H (энергия диссоциации = 432 кДж / моль) уже разорвана, энергетический барьер для большинства реакций H 2 на поверхности катализатора существенно ниже.

    Рисунок \ (\ PageIndex {2} \): Гидрирование этилена на гетерогенном катализаторе. Когда молекула водорода адсорбируется на поверхности катализатора, связь H – H разрывается, и образуются новые связи M – H. Отдельные атомы H более реакционноспособны, чем газообразный H 2 .Когда молекула этилена взаимодействует с поверхностью катализатора, она вступает в ступенчатую реакцию с атомами H с образованием этана, который высвобождается. (CC BY-NC-SA; анонимно)

    На рисунке \ (\ PageIndex {2} \) показан процесс, называемый гидрогенизация , в котором атомы водорода добавляются к двойной связи алкена, такого как этилен, для получения продукт, содержащий одинарные связи C – C, в данном случае этан. Гидрирование используется в пищевой промышленности для преобразования растительных масел, состоящих из длинных цепочек алкенов, в более коммерчески ценные твердые производные, содержащие алкильные цепи.Гидрирование некоторых двойных связей в полиненасыщенных растительных маслах, например, дает маргарин, продукт с температурой плавления, текстурой и другими физическими свойствами, аналогичными свойствам сливочного масла.

    Несколько важных примеров промышленных гетерогенных каталитических реакций приведены в Таблице \ (\ PageIndex {1} \). Хотя механизмы этих реакций значительно сложнее описанной здесь простой реакции гидрирования, все они включают адсорбцию реагентов на твердой каталитической поверхности, химическую реакцию адсорбированных частиц (иногда через ряд промежуточных частиц) и, наконец, десорбцию. изделий с поверхности.

    Таблица \ (\ PageIndex {1} \): Некоторые коммерчески важные реакции с использованием гетерогенных катализаторов
    Коммерческий процесс Катализатор Начальная реакция Конечный коммерческий продукт
    контактный процесс V 2 O 5 или Pt 2SO 2 + O 2 → 2SO 3 H 2 SO 4
    Процесс Хабера Fe, K 2 O, Al 2 O 3 N 2 + 3H 2 → 2NH 3 NH 3
    Оствальдский процесс Pt и Rh 4NH 3 + 5O 2 → 4NO + 6H 2 O HNO 3
    Реакция конверсии вода-газ Fe, Cr 2 O 3 или Cu CO + H 2 O → CO 2 + H 2 H 2 для NH 3 , CH 3 OH и других видов топлива
    паровой риформинг Ni CH 4 + H 2 O → CO + 3H 2 H 2
    синтез метанола ZnO и Cr 2 O 3 CO + 2H 2 → CH 3 OH СН 3 ОН
    Процесс Sohio фосфомолибдат висмута \ (\ mathrm {CH} _2 \ textrm {= CHCH} _3 + \ mathrm {NH_3} + \ mathrm {\ frac {3} {2} O_2} \ rightarrow \ mathrm {CH_2} \ textrm {= CHCN} + \ mathrm {3H_2O} \) \ (\ underset {\ textrm {акрилонитрил}} {\ mathrm {CH_2} \ textrm {= CHCN}} \)
    каталитическое гидрирование Ni, Pd или Pt RCH = CHR ′ + h3 → RCH 2 -CH 2 R ′ частично гидрогенизированные масла для маргарина и т. Д.

    Гомогенный катализ

    В гомогенном катализаторе катализатор находится в той же фазе, что и реагент (ы).Число столкновений между реагентами и катализатором максимально, поскольку катализатор равномерно диспергирован по всей реакционной смеси. Многие гомогенные катализаторы в промышленности представляют собой соединения переходных металлов (Таблица \ (\ PageIndex {2} \)), но извлечение этих дорогостоящих катализаторов из раствора было серьезной проблемой. В качестве дополнительного барьера к их широкому коммерческому использованию многие гомогенные катализаторы можно использовать только при относительно низких температурах, и даже в этом случае они имеют тенденцию медленно разлагаться в растворе.Несмотря на эти проблемы, в последние годы был разработан ряд коммерчески жизнеспособных процессов. Полиэтилен высокой плотности и полипропилен производятся методом гомогенного катализа.

    Таблица \ (\ PageIndex {2} \): Некоторые коммерчески важные реакции с использованием гомогенных катализаторов
    Коммерческий процесс Катализатор Реагенты Конечный продукт
    Юнион Карбайд [Rh (CO) 2 I 2 ] СО + СН 3 ОН CH 3 CO 2 H
    гидропероксидный процесс Комплексы Mo (VI) CH 3 CH = CH 2 + R – O – O – H
    гидроформилирование Rh / PR 3 комплексов RCH = CH 2 + CO + H 2 RCH 2 CH 2 CHO
    адипонитрил процесс Ni / PR 3 комплексов 2HCN + CH 2 = CHCH = CH 2 NCCH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CN, используемый для синтеза нейлона
    полимеризация олефинов (RC 5 H 5 ) 2 ZrCl 2 CH 2 = CH 2 — (CH 2 CH 2 -) n : полиэтилен высокой плотности

    Ферменты

    Ферменты, катализаторы, встречающиеся в природе в живых организмах, представляют собой почти все белковые молекулы с типичной молекулярной массой 20 000–100 000 а.е.м.Некоторые из них представляют собой гомогенные катализаторы, которые вступают в реакцию в водном растворе в клеточном отделении организма. Другие представляют собой гетерогенные катализаторы, встроенные в мембраны, которые отделяют клетки и клеточные компартменты от их окружения. Реагент в реакции, катализируемой ферментами, называется субстратом .

    Поскольку ферменты могут увеличивать скорость реакции в огромных количествах (до 10 17 раз по сравнению с некаталитической скоростью) и имеют тенденцию быть очень специфичными, обычно производя только один продукт с количественным выходом, они являются предметом активных исследований.В то же время ферменты обычно дороги в получении, они часто перестают функционировать при температурах выше 37 ° C, имеют ограниченную стабильность в растворе и обладают такой высокой специфичностью, что ограничиваются превращением одного конкретного набора реагентов в один конкретный продукт. . Это означает, что для химически подобных реакций необходимо разрабатывать отдельные процессы с использованием разных ферментов, что отнимает много времени и является дорогостоящим. К настоящему времени ферменты нашли лишь ограниченное промышленное применение, хотя они используются в качестве ингредиентов в моющих средствах для стирки, средствах для чистки контактных линз и размягчителях мяса.Ферменты в этих приложениях, как правило, представляют собой протеазы, которые способны расщеплять амидные связи, удерживающие аминокислоты вместе в белках. Например, размягчители мяса содержат протеазу под названием папаин, которую выделяют из сока папайи. Он расщепляет некоторые длинные волокнистые белковые молекулы, которые делают недорогие нарезы говядины жесткими, в результате чего получается более нежный кусок мяса. Некоторые насекомые, такие как жук-бомбадир, несут фермент, способный катализировать разложение перекиси водорода до воды (рис. \ (\ PageIndex {3} \)).

    Рисунок \ (\ PageIndex {3} \): механизм каталитической защиты. Обжигающий спрей с неприятным запахом, излучаемый этим жуком-бомбардиром, образуется в результате каталитического разложения \ (\ ce {h3O2} \).

    Ингибиторы ферментов вызывают снижение скорости реакции, катализируемой ферментами, путем связывания с определенной частью фермента и, таким образом, замедления или предотвращения реакции. Таким образом, необратимые ингибиторы являются эквивалентом ядов в гетерогенном катализе. Одним из старейших и наиболее широко используемых коммерческих ингибиторов ферментов является аспирин, который избирательно подавляет один из ферментов, участвующих в синтезе молекул, вызывающих воспаление.Создание и синтез родственных молекул, более эффективных, более селективных и менее токсичных, чем аспирин, являются важными задачами биомедицинских исследований.

    Сводка

    Катализаторы участвуют в химической реакции и увеличивают ее скорость. Они не входят в общее уравнение реакции и не расходуются во время реакции. Катализаторы позволяют реакции протекать по пути, который имеет более низкую энергию активации, чем некаталитическая реакция. При гетерогенном катализе катализаторы обеспечивают поверхность, с которой реагенты связываются в процессе адсорбции.При гомогенном катализе катализаторы находятся в той же фазе, что и реагенты. Ферменты — это биологические катализаторы, которые приводят к значительному увеличению скорости реакции и имеют тенденцию быть специфичными для определенных реагентов и продуктов. Реагент в реакции, катализируемой ферментами, называется субстратом. Ингибиторы ферментов вызывают снижение скорости реакции, катализируемой ферментами.

    Основы Catalyst

    Основы Catalyst

    Это предварительный просмотр статьи, ограниченный некоторым исходным содержанием.Для полного доступа требуется подписка DieselNet.
    Пожалуйста, войдите в систему , чтобы просмотреть полную версию этого документа.

    Abstract : Катализатор — это вещество, которое может увеличить скорость химической реакции. Гетерогенные катализаторы, нанесенные на пористые оксиды с большой площадью поверхности, используются в системах контроля выбросов. Общая каталитическая конверсия в гетерогенном катализаторе состоит из нескольких подпроцессов, которые включают химическую реакцию, объемный массоперенос и диффузию пористости.Каталитические процессы, контролируемые кинетикой реакции, можно моделировать с помощью уравнения Аррениуса. Каталитические превращения в контролируемой области массопереноса можно оценить с помощью корреляций массопереноса, разработанных для монолитных носителей катализатора. Хотя катализаторы в реакции не используются, они постепенно портятся из-за термической дезактивации и отравления.

    Введение

    Кинетика и равновесие химических реакций

    Химическая реакция, которая возникает в результате одновременного объединения a молекул A , b молекул B и c молекул C … может быть представлена ​​следующим уравнением:

    aA + bB + cC… ↔ rR + sS +… (1)

    Скорость прямой реакции можно записать как

    .

    r = k · C A a · C B b · C C c … (2)

    куда:
    r — скорость реакции, кмоль / (м 3 · с)
    k — константа скорости реакции, 1 / с
    C i — концентрация реагента i , кмоль / м 3 .

    Уравнение (2) определяет константу скорости реакции (k), которая в идеальных условиях зависит только от температуры и характера реакции. Другой важный член — это порядок реакции , определяемый как сумма показателей a , b , c … уравнения (1). Эта сумма равна 1 для реакции первого порядка, 2 для реакции второго порядка и т. Д.

    Некоторые химические реакции могут протекать не полностью до конца, то есть до правой части уравнения (1).Скорее, может быть установлено термодинамическое равновесие , где определенные концентрации реагентов A , B , C ,… будут сосуществовать в системе с определенными концентрациями продуктов R , S ,…. С точки зрения химической кинетики это представлено как динамический баланс, где исходные реагенты A , B , C ,… воссоздаются в обратной реакции между R , S ,….На этот двунаправленный характер процесса указывает двунаправленная стрелка в уравнении реакции. Скорость обратной реакции можно записать как

    r ‘= k’ · C R r · C S s … (3)

    Чистая скорость реакции тогда равна

    .

    r 0 = r — r ‘= k · C A a · C B b · C C c … — k’ · C R r · C S s … (4)

    Чистая скорость реакции равна нулю в состоянии равновесия, r 0 = 0 , таким образом,

    (C R r · C S s …) / (C A a · C B b · C C c …) = k / k ‘= К (5)

    K — константа равновесия реакции, которая зависит от температуры.Его можно рассчитать из термодинамических функций системы. Однажды известная константа равновесия позволяет рассчитывать концентрации продуктов реакции в состоянии равновесия.

    Ход реакции может быть ограничен кинетикой реакции или термодинамическим равновесием. Если константа скорости реакции (k) низкая, реакция, даже если это разрешено термодинамически, может занять много времени для завершения. Некоторые реакции настолько медленны, что их скорость практически равна нулю, а для завершения процессов могут потребоваться годы.К счастью, скорость реакции можно увеличить за счет использования катализаторов.

    С другой стороны, если реакция достигает своего равновесия, дальнейшее развитие реакции термодинамически невозможно. Важно понимать, что катализаторы не влияют на равновесие реакции. С кинетической точки зрения, если катализатор увеличивает скорость прямой реакции, уравнение (2), он также увеличивает, в той же степени, скорость реакции обратной реакции, уравнение (3).

    ###

    7 фактов о катализе, которых вы можете не знать

    Практически все в вашей повседневной жизни зависит от катализаторов: автомобили, стикеры, стиральный порошок, пиво.Все части вашего сэндвича — хлеб, сыр чеддер, жареная индейка. Катализаторы разрушают бумажную массу, чтобы получить гладкую бумагу в вашем журнале. Они очищают ваши контактные линзы каждую ночь. Они превращают молоко в йогурт, а нефть — в пластиковые молочники, компакт-диски и велосипедные шлемы.

    Что такое катализ?

    Катализаторы ускоряют химическую реакцию, снижая количество энергии, необходимое для ее запуска. Катализ является основой многих промышленных процессов, в которых используются химические реакции для превращения сырья в полезные продукты.Катализаторы являются неотъемлемой частью производства пластмасс и многих других промышленных изделий.

    Даже человеческий организм работает на катализаторах. Многие белки в вашем теле на самом деле являются катализаторами, называемыми ферментами, которые делают все: от создания сигналов, которые двигают ваши конечности, до помощи в переваривании пищи. Они действительно важная часть жизни.

    Маленькие дела могут иметь большие результаты.

    В большинстве случаев вам нужно совсем небольшое количество катализатора, чтобы изменить ситуацию. Даже размер частицы катализатора может изменить ход реакции.В прошлом году аргоннская команда, в которую входил ученый-материаловед Ларри Кертисс, обнаружила, что один серебряный катализатор лучше справляется со своей задачей, когда он находится в наночастицах шириной всего в несколько атомов. (Катализатор превращает пропилен в оксиды пропилена, что является первым шагом в производстве антифриза и других продуктов.)

    Это может сделать вещи более экологичными.

    Промышленные процессы производства пластмассы и других предметов первой необходимости часто приводят к появлению неприятных побочных продуктов, которые могут представлять опасность для здоровья человека и окружающей среды.Лучшие катализаторы могут помочь решить эту проблему. Например, тот же серебряный катализатор на самом деле производит меньше токсичных побочных продуктов, что делает всю реакцию более экологически чистой.

    По своей сути катализатор — это способ экономии энергии. А применение катализаторов в больших масштабах могло бы спасти мир лотов энергии. Три процента всей энергии, используемой в США каждый год, идет на преобразование этана и пропана в алкены, которые, помимо прочего, используются для производства пластмасс.Это эквивалент более 500 миллионов баррелей бензина.

    Катализаторы также являются ключом к открытию биотоплива. Вся биомасса — кукуруза, просо, деревья — содержит твердое соединение, называемое целлюлозой, которое необходимо расщепить для получения топлива. Поиск идеального катализатора для разрушения целлюлозы сделает биотопливо более дешевым и более жизнеспособным в качестве возобновляемого источника энергии.

    Вычислительное моделирование открывает перспективы для создания лучших катализаторов и красивых изображений, таких как эта модель платинового катализатора, взаимодействующего с атомами кислорода (красный) и атомами водорода (белый).Изображение Риза Ранкина, Центр наномасштабных материалов.

    Часто мы не понимаем, почему они работают.

    Точные причины, по которым катализаторы работают, часто остаются загадкой для ученых. Curtiss работает в области вычислительного катализа: использует компьютеры для решения сложного взаимодействия физики, химии и математики, которое объясняет, как работает катализатор.

    Разобравшись с процессом, ученые могут попытаться создать катализатор, который работает еще лучше, путем моделирования того, как могут работать различные материалы.Возможные конфигурации новых катализаторов могут составлять тысячи комбинаций, поэтому суперкомпьютеры лучше всего справляются с ними.

    Когда Эдисон конструировал лампочку, он испытал буквально сотни различных нитей накала (вероятно, испытав терпение своих лаборантов), прежде чем обнаружил обугленную нить. Воспользовавшись суперкомпьютерами и современными технологиями, ученые могут ускорить годы испытаний и сократить расходы, чтобы совершить прорыв.

    Curtiss проводит моделирование на суперкомпьютере Argonne Blue Gene / P для разработки возможных новых катализаторов.«Поскольку суперкомпьютеры стали быстрее, мы смогли делать то, чего никогда не могли делать 10 лет назад», — сказал он.

    Они могут оказаться незаменимыми для следующей большой революции в производстве аккумуляторов.

    Новые эффективные литий-ионные аккумуляторы помогли превратить неуклюжие автомобильные телефоны в тонкие и элегантные сотовые телефоны и ноутбуки, доступные сегодня. Но ученые уже ищут следующую революцию в аккумуляторных батареях — такую, которая когда-нибудь сможет сделать батарею легкой и достаточно мощной, чтобы проехать 500 миль на машине.Перспективной идеей являются литий--воздушные батареи , в которых в качестве основного компонента используется кислород воздуха. Но эта новая батарея потребует полностью изменить внутреннюю химию, и ей понадобится новый мощный катализатор, чтобы заставить ее работать. Литий-воздушная батарея работает, объединяя атомы лития и кислорода, а затем снова и снова разрушая их. Это ситуация, специально созданная для катализатора, и хороший катализатор ускорит реакцию и сделает батарею более эффективной.

    Как сделать новый катализатор?

    Понимание химии реакций — это первый шаг; затем ученые могут использовать моделирование для разработки новых потенциальных катализаторов и тестирования их в лаборатории.Но этот первый шаг будет трудным, если вы не сможете перейти на атомарный уровень, чтобы увидеть, что происходит во время реакции. Именно здесь блистают крупные научные центры, такие как усовершенствованный источник фотонов (APS) в Аргонне.

    В APS ученые могут использовать самые яркие рентгеновские лучи в Соединенных Штатах, чтобы отслеживать реакции в режиме реального времени. В Центре электронной микроскопии лаборатории исследователи фотографируют атомы во время их реакции. Кертисс и его команда использовали и то, и другое в поисках лучших катализаторов.

    .

    Author: alexxlab

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *